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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)盧征天教授團(tuán)隊(duì)利用激光冷原子方法對(duì)鐿-171原子（Yb-171）的固有電偶極矩進(jìn)行了首次測(cè)量，獲得了該電偶極矩小于1.5 x 10-26e cm的上限結(jié)果，并對(duì)鐿-171原子核的席夫極矩設(shè)定了上限。相關(guān)成果以“Measurement of the Electric Dipole Moment of171Yb Atoms in an Optical Dipole Trap”為題于8月19日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》 [Phys. Rev. Lett. 129, 083001, (2022)]上。

EDM違反時(shí)間反演對(duì)稱性

原子與原子核當(dāng)中普遍存在自旋現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)原子中的電荷流動(dòng)形成一個(gè)線圈，從而產(chǎn)生原子的固有磁偶極矩，這是我們熟悉的原子內(nèi)稟屬性。然而，原子內(nèi)部的正負(fù)電荷是否會(huì)沿自旋方向有所分離而產(chǎn)生固有電偶極矩呢？自從上世紀(jì)50年代李政道、楊振寧提出宇稱不守恒的設(shè)想，人們便開始尋找粒子、原子核及原子的固有電偶極矩。這種物理現(xiàn)象既破壞空間反演對(duì)稱性（即“宇稱”），又破壞時(shí)間反演對(duì)稱性，并與CP破壞、物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱等基礎(chǔ)物理問題緊密相關(guān)。粒子物理理論推測(cè)電偶極矩研究是通向標(biāo)準(zhǔn)模型之外新物理的一條充滿希望的探索途徑，半個(gè)世紀(jì)以來一代又一代的實(shí)驗(yàn)在尋找電偶極矩信號(hào)，測(cè)量精度不斷提高，但迄今為止所有測(cè)量都只得到了上限。

實(shí)驗(yàn)方案示意圖

原子的固有電偶極矩會(huì)使得自旋進(jìn)動(dòng)頻率因外加電場(chǎng)而有所變化。中國(guó)科大研究人員利用激光對(duì)Yb-171原子進(jìn)行冷卻與囚禁，觀察光阱中原子的自旋進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。他們利用綴飾光原理發(fā)展出了一種針對(duì)原子自旋態(tài)的量子非破壞測(cè)量方法，把測(cè)量中的技術(shù)噪聲壓低到量子投影噪聲極限以下，從而極大地提高了自旋態(tài)的測(cè)量效率。同時(shí)把自旋進(jìn)動(dòng)的相干時(shí)間提高到300秒以上，最終對(duì)15Hz的自旋進(jìn)動(dòng)頻率實(shí)現(xiàn)了100 nHz量級(jí)的測(cè)量精度。在精度大幅提升的前提下，研究人員首次觀測(cè)到了光阱中的宇稱混合效應(yīng)，并通過對(duì)光阱的精確操控成功抑制了與光阱相關(guān)的系統(tǒng)誤差。

微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心博士生鄭濤和楊洋為論文的共同第一作者，夏添博士和盧征天教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目和安徽省的資助。

論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.129.083001

（微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）