【摘 要】
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近年来,激光冷却和囚禁的光学原子钟精度已经达到了10-19,它在计量标准、探索物理常数的变化以及导航等方面有着非常重要的应用。Ba+离子的能级结构相对比较简单,其亚稳态5d3/2,5/2的寿命很长,这些性质使得Ba+离子成为了原子钟实验、量子信息技术以及原子宇称不守恒实验非常好的候选元素之一。理论上,我们迫切需要提供高精度的Ba+离子基本结构参数以及极化率,为相关实验提供理论数据支撑。本文利用相对
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（批准号:11774292, 11874051, 11864036, and 11804280.）；
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近年来,激光冷却和囚禁的光学原子钟精度已经达到了10-19,它在计量标准、探索物理常数的变化以及导航等方面有着非常重要的应用。Ba+离子的能级结构相对比较简单,其亚稳态5d3/2,5/2的寿命很长,这些性质使得Ba+离子成为了原子钟实验、量子信息技术以及原子宇称不守恒实验非常好的候选元素之一。理论上,我们迫切需要提供高精度的Ba+离子基本结构参数以及极化率,为相关实验提供理论数据支撑。本文利用相对论组态相互作用模型势（RCICP）方法,详细计算了高精度的Ba+离子波函数、能级以及电偶极约化矩阵元等参数,利用这些参数进一步计算了Ba+离子6s1/2、6p1/2,3/2和5d3/2,5/2态的静态和动态极化率,最后确定了基态6s1/2的Tune-out波长以及6s1/2→6p1/2,3/2和6s1/2→5d3/2,5/2跃迁的Magic波长。通过详细分析这些Tune-out波长和Magic波长,我们发现:1.对于基态6s1/2的Tune-out波长,只有一条在可见光波段（480.658（18）nm）,该波长位于6s1/2→6p3/2和6s1/2→6p1/2共振跃迁之间,而且该Tune-out波长主要是6s1/2→6p3/2和6s1/2→6p1/2共振跃迁相互抵消所产生的。因此,我们建议实验上测量480.658（18）nm的Tune-out波长可以反推得到高精度的振子强度比f6s1/2→6p3/2/f6s1/2→6p1/2。如果实验测量精度可以达到0.001 nm,那么由它所确定的6s1/2→6p3/2和6s1/2→6p1/2跃迁振子强度比的不确定度将低于0.005%,这个不确定度要比已有实验结果的精度高一个数量级。2.对于钟跃迁6s1/2→5d5/2,理论上只有两条Magic波长在可见光波段,分别是652.8（1.0）nm和480.78（2）nm。其中,652.8（1.0）nm的Magic波长与最新的实验测量结果652.913（4）nm[Phys.Rev.A 101,042507（2020）]符合得非常好。除此之外,在Magic波长处动态极化率主要由少数跃迁的贡献决定,因此,利用实验上高精度的Magic波长可以确定激发态能级之间的跃迁矩阵元或振子强度。例如,我们利用实验上已经测量得到的6s1/2→5d5/2跃迁的Magic波长652.913（4）nm,确定了5d5/2→4f7/2跃迁的振子强度为0.466（15）。另外,我们还建议实验上精确测量6s1/2→5d3/2跃迁的Magic波长可以用来确定振子强度f5d3/2→4f5/2,实验上高精度地测量6s1/2→6p3/2跃迁416 nm附近的Magic波长可以用来确定振子强度比f6p3/2→6d5/2/f6p3/2→6d3/2。
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