133Cs原子精细和超精细能级的极化率和tune-out波长的理论研究

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当特定波长的激光与原子相互作用时,原子的动态极化率有可能为零,此时这个激光波长称为tune-out波长。精确确定tune-out波长,在原子的协同冷却、跃迁矩阵元的精确确定以及量子电动力学理论检验等方面有重要的应用。目前,实验上已经确定了碱金属原子Li、K、Rb的高精度tune-out波长,相应地也确定了高精度跃迁矩阵元。但铯原子的tune-out波长还没有实验结果,Cs原子作为精密测量物理重要的研究体系,对Cs原子的tune-out波长和基本结构参数(能级、跃迁矩阵元、寿命、振子强度和寿命)的高精度计算是非常重要的。本文中,我们利用相对论组态相互作用模型势方法(RCICP),计算得到了 Cs原子的波函数、能级和跃迁矩阵元。利用这些波函数和矩阵元,得到了铯原子基态6s1/2的电偶极静态极化率,并且我们计算的结果与己有的实验和理论结果相一致。然后详细计算了铯原子基态的动力学极化率,给出了铯原子基态的3条tune-out波长,并具体分析了部分原子结构参数对tune-out波长的影响,我们发现对880 nm附近的tune-out波长主要贡献来自于6s1/2→6p1/2和6s1/2→6p3/2跃迁态。而对于其余两条tune-out波长主要贡献除了6s1/2→6Pj跃迁态以外还和6s1/2→7Pj跃迁态有很大关系。进一步通过考虑超精细分裂,计算了 133Cs原子的超精细能级和超精细跃迁矩阵元,并得到了 133Cs原子超精细基态的静态极化率、动态极化率、超精细斯塔克移动和tune-out波长。我们发现两个超精细基态F=3和F=4态的最长tune-out波长分别移动-0.014 nm和0.011 nm,这个结果近似等于超精细相互作用能。我们进一步考虑张量极化率的贡献,给出了不同磁分量下各个tune-out波长的值,结果发现张量极化率对tune-out波长的贡献大概在10-5nm-10-6nm附近。
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