中國科大運用全光激發實現氪81的單原子探測

　　中國科學技術大學教授盧征天及同事Florian Ritterbusch，運用全光激發實現了對極其稀有同位素氪-81的單原子探測，這一量子精密測量方法的重要進展，將助力地球與環境科學的探究。7月6日，相關成果以Optical Excitation and Trapping of81Kr為題，發表在《物理評論快報》上。

　　一種微量的惰性氣體叫氪，在空氣中的含量為百萬分之一。氪由多種同位素組成，包括一種半衰期為23萬年的放射性同位素氪-81，在空氣中的含量僅為百億億分之一（10-18）。20世紀60年代，在空氣中發現氪-81，科研人員夢想著用氪-81這個天然示蹤劑來幫助了解環境中的水、冰循環過程，為百萬年老的古地下水與冰川定年。盧征天發明了單原子靈敏檢測方法“原子阱痕量分析”，可以一個一個地數出環境樣品中所含的氪-81原子。

　　用原子阱捕獲氪-81需要首先將原子激發到一個亞穩量子態上。目前，國際上均采用氣體放電方法來制備亞穩態氪原子，方法簡單可行，卻存在激發效率低、樣品損失和交叉污染等問題。科研組研制出一種高亮度共振真空紫外燈，并將其應用于全光激發氪原子，從而避免了氣體放電所帶來的種種問題。研究提出了新的機理來解釋真空紫外光子在氪氣中傳播時的“自吸收”現象——光子在氪氣中多次散射后并未損失，而是其頻率發生了偏移。研究人員在保持光源高亮度特征的同時，減小了光頻偏移，建成了基于全光激發的氪原子阱，并達到了每小時1800個氪-81原子的探測速率。對于古地下水研究和尋找百萬年前形成的冰芯等科學問題，這種原子阱超靈敏分析工具帶來了新的研究機遇。

　　研究工作得到科技部、國家自然科學基金、安徽省的資助。

科研人員調試高亮度共振真空紫外燈