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高电荷态离子精细结构跃迁波长的精密测量不仅可以检验量子电动力学(quantum electrodynamics, QED)效应、电子关联效应等基本物理模型, 还能够为天体物理、聚变等离子体物理甚至高电荷态离子光钟等研究提供关键原子物理数据. 本工作基于复旦大学现代物理研究所的高温超导电子束离子阱(SH-HtscEBIT)装置, 搭建了一套新的光谱校刻系统, 并结合内校刻与外校刻的方法对其光谱波长测量的不确定度进行了评估, 新的光谱校刻系统在可见光波段引起的波长不确定度最低达到0.002 nm. 在此基础上, 使用SH-HtscEBIT装置结合新的校刻系统开展了Ar 13+离子1s 22s 22p 2P 1/2— 2P 3/2磁偶极跃迁(M1)波长的精密测量, 实验测得该跃迁波长为(441.2567 ± 0.0026) nm, 是目前SH-HtscEBIT上测量精度最高的实验结果, 为下一步开展高电荷态离子超精细分裂和同位素位移等精密测量实验奠定了基础.The precise measurement of the transition wavelength of the fine structure of highly charged ions can not only test basic physical theories including the quantum electrodynamics effect and the electronic correlation effect but also provide key atomic data for astrophysics and fusion plasma physics. Furthermore, highly charged ions are considered as a potential candidate for optical clocks with extremely ultra-high precision. In this work, a new spectral calibration system is built in a high-temperature superconducting electron beam ion trap (SH-HtscEBIT) in the Institute of Modern Physics, Fudan University, and the uncertainty of its spectrum wavelength measurement is evaluated by combining internal and external calibrations. The minimum wavelength uncertainty caused by the new spectral calibration system in the visible light band reaches 0.002 nm. On this basis, the precise measurement of 2s 22p 2P 1/2－ 2P 3/2M1 transition wavelength for boron-like Ar 13+is performed at the SH-HtscEBIT by utilizing the new calibration system. The experimentally measured transition wavelength is (441.2567 ± 0.0026) nm. It is currently the experimental result with the highest measurement accuracy of spectroscopy of highly charged ions at the SH-HtscEBIT, which lays the foundation for the precise measurement of the hyperfine splitting and isotope shift of highly charged ions in the future experiments.
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参数 设计指标 电子束能量 30—4000 eV 电子束流强 10 mA 电子束流半径 ～65 μm 真空度 ～1.0 × 10–9Torr 液氮消耗速率 0.6—1.5 L/h 磁场强度 0—0.25 T 
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峰中心像素 NIST波长/nm 457.350(6) 427.39694 572.865(22) 431.95795 682.297(14) 436.26416 716.578(10) 437.61216 915.031(9) 445.39175 939.998(13) 446.36900 1039.015(14) 450.23543 下载:
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来源 年份 类型 波长/nm This work 2021 实验测量 441.2567(26) 文献[33] 2011 实验测量 441.25568(26) 文献[34] 2007 实验测量 441.257(2) 文献[35] 2006 实验测量 441.2556(1) 文献[8] 2003 实验测量 441.2559(1) 文献[25] 1997 实验测量 441.250(3) 文献[36] 1987 实验测量 441.23(9) 文献[37] 1986 天文观测 441.24(2) 文献[38] 1983 天文观测 441.23(9) 文献[39] 2021 理论计算 440.90 文献[40] 2019 理论计算 442.7(70) 文献[41] 2013 理论计算 441.238(63) 文献[42] 2007 理论计算 441.261(70) 文献[43] 1996 理论计算 441.16(27) 文献[37] 1986 理论计算 441.6(4) 文献[38] 1983 理论计算 441.32 下载:
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[1] 史路林, 程锐, 王昭, 曹世权, 杨杰, 周泽贤, 陈燕红, 王国东, 惠得轩, 金雪剑, 吴晓霞, 雷瑜, 王瑜玉, 苏茂根.近玻尔速度能区高电荷态离子与激光等离子体相互作用实验研究装置. 必威体育下载 , 2023, 72(13): 133401.doi:10.7498/aps.72.20230214 [2] 张大成, 葛韩星, 巴雨璐, 汶伟强, 张怡, 陈冬阳, 汪寒冰, 马新文.高电荷态离子阿秒激光光谱研究展望. 必威体育下载 , 2023, 72(19): 193201.doi:10.7498/aps.72.20230986 [3] 张秉章, 宋张勇, 张明武, 刘璇, 钱程, 方兴, 邵曹杰, 王伟, 刘俊亮, 朱志超, 孙良亭, 于得洋.类氢O、N离子入射Al表面俘获电子布居几率的理论与实验研究. 必威体育下载 , 2022, 0(0): 0-0.doi:10.7498/aps.71.20212434 [4] 张秉章, 宋张勇, 张明武, 刘璇, 钱程, 方兴, 邵曹杰, 王伟, 刘俊亮, 朱志超, 孙良亭, 于得洋.类氢O、N离子入射Al表面俘获电子布居几率的理论与实验研究. 必威体育下载 , 2022, 71(13): 133201.doi:10.7498/aps.70.20212434 [5] 张秉章, 宋张勇, 刘璇, 钱程, 方兴, 邵曹杰, 王伟, 刘俊亮, 徐俊奎, 冯勇, 朱志超, 郭艳玲, 陈林, 孙良亭, 杨治虎, 于得洋.低能高电荷态 ${\boldsymbol{ {\rm{O}}^{q+}}}$ 离子与Al表面作用产生的X射线. 必威体育下载 , 2021, 70(19): 193201.doi:10.7498/aps.70.20210757[6] 刘鑫, 周晓鹏, 汶伟强, 陆祺峰, 严成龙, 许帼芹, 肖君, 黄忠魁, 汪寒冰, 陈冬阳, 邵林, 袁洋, 汪书兴, 马万路(Wan-Lu MA), 马新文.电子束离子阱光谱标定和Ar13+离子M1跃迁波长精密测量. 必威体育下载 , 2021, (): .doi:10.7498/aps.70.20211663 [7] 管桦, 黄垚, 李承斌, 高克林.高准确度的钙离子光频标. 必威体育下载 , 2018, 67(16): 164202.doi:10.7498/aps.67.20180876 [8] 穆秀丽, 李传亮, 邓伦华, 汪海玲.用于α和μ常数变化测量的碘离子光谱研究. 必威体育下载 , 2017, 66(23): 233301.doi:10.7498/aps.66.233301 [9] 张绍庆, 谢娟, 张小平, 支启军.-衰变中容许跃迁和禁戒跃迁的衰变规律. 必威体育下载 , 2016, 65(9): 092101.doi:10.7498/aps.65.092101 [10] 张丽卿, 张崇宏, 杨义涛, 姚存峰, 孙友梅, 李炳生, 赵志明, 宋书建.高电荷态离子126Xeq+引起GaN表面形貌变化研究. 必威体育下载 , 2009, 58(8): 5578-5584.doi:10.7498/aps.58.5578 [11] 徐忠锋, 刘丽莉, 赵永涛, 陈亮, 朱键, 王瑜玉, 肖国青.不同能量的高电荷态Ar12+离子辐照对Au纳米颗粒尺寸的影响. 必威体育下载 , 2009, 58(6): 3833-3838.doi:10.7498/aps.58.3833 [12] 张小安, 杨治虎, 王党朝, 梅策香, 牛超英, 王伟, 戴斌, 肖国青.类钴氙离子入射Ni表面激发的红外光谱线和X射线谱. 必威体育下载 , 2009, 58(10): 6920-6925.doi:10.7498/aps.58.6920 [13] 彭海波, 王铁山, 韩运成, 丁大杰, 徐 鹤, 程 锐, 赵永涛, 王瑜玉.高电荷态离子与Si(110)晶面碰撞的沟道效应研究. 必威体育下载 , 2008, 57(4): 2161-2164.doi:10.7498/aps.57.2161 [14] 王 立, 张小安, 杨治虎, 陈熙萌, 张红强, 崔 莹, 邵剑雄, 徐 徐.高电荷态离子入射Al表面库仑势对靶原子特征谱线强度的影响. 必威体育下载 , 2008, 57(1): 137-142.doi:10.7498/aps.57.137 [15] 赵永涛, 肖国青, 徐忠锋, Abdul Qayyum, 王瑜玉, 张小安, 李福利, 詹文龙.高电荷态离子40Arq+与Si表面作用中的电子发射产额. 必威体育下载 , 2007, 56(10): 5734-5738.doi:10.7498/aps.56.5734 [16] 万建杰, 颉录有, 董晨钟, 蒋 军, 颜 君.类镍等电子系列离子M1,M2,E2禁戒跃迁特性的理论研究. 必威体育下载 , 2007, 56(1): 152-159.doi:10.7498/aps.56.152 [17] 王瑜玉, 赵永涛, 肖国青, 房 燕, 张小安, 王铁山, 王释伟, 彭海波.高电荷态离子207Pbq+(24≤q≤36)与Si(110)固体表面作用的电子发射研究. 必威体育下载 , 2006, 55(2): 673-676.doi:10.7498/aps.55.673 [18] 杨治虎, 宋张勇, 陈熙萌, 张小安, 张艳萍, 赵永涛, 崔 莹, 张红强, 徐 徐, 邵健雄, 于得洋, 蔡晓红.高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线. 必威体育下载 , 2006, 55(5): 2221-2227.doi:10.7498/aps.55.2221 [19] 张小安, 赵永涛, 李福利, 杨治虎, 肖国青, 詹文龙.129Xe30+轰击Ni表面激发靶原子偶极跃迁和禁戒 (M1和E2)跃迁的特征光谱线. 必威体育下载 , 2004, 53(10): 3341-3346.doi:10.7498/aps.53.3341 [20] 袁行球, 陈重阳, 李 辉, 赵太泽, 郭文康, 须 平.电子束离子阱中高价态离子演化过程的数值模拟. 必威体育下载 , 2003, 52(8): 1906-1910.doi:10.7498/aps.52.1906
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