近日，中国科学院国家授时中心研究团队在原子暂稳态寿命测量方面取得重要进展。研究人员常宏、卢本全、卢晓同和郭峰等利用原子光晶格钟超高的准确度和稳定度对费米锶原子暂稳态（5s5p 3P0）的寿命进行测量并研究了外磁场对其寿命的影响。外磁场对暂稳态寿命影响的研究成果以《MF-dependent hyperfine-induced 5s5p 3P0–5s2 1S0 clock transition rates in an external magnetic field for 87Sr》为题发表于国际知名期刊Physical Review A；通过测量跃迁矩阵元获得亚稳态寿命的技术以《Determining the lifetime of the 5s5p 3P0 metastable state in 87Sr from the electricdipole matrix element》为题发表于国际知名期刊Physical Review Applied。

研究人员使用MCDHF方法计算了87Sr中5s5p 3P0钟态的寿命，结果表明其寿命为156(9)秒。同时，理论结果显示激发塞曼态的跃迁速率受弱外部磁场的影响很大，而它们对3P0态的平均寿命的影响可以忽略不计。通过测量随着外部磁场强度变化的拉比频率，支持了这一结论。在后续的研究中，为了精确测量暂稳态寿命，我们提出了一种技术来准确重建二维激光强度分布。这一进展使得通过测量跃迁矩阵元素来精确确定亚稳态自然寿命的变得可行。通过将冷原子作为传感器，可以有效地测量激光强度的分布，并通过系统调整光束位置准确确定激光束轮廓的中心位置。将这些信息与自由空间拉比频率的结果相结合，就可以精确确定相应的跃迁矩阵元素。通过该技术，研究人员测量了从（5s5p 3P0,Fe=I,MF=+9/2）激发态到（5s2 1S0,Fg=I,MF=+9/2）基态的超精细诱导E1 跃迁，其中87Sr的核自旋 I=9/2。激发态（5s5p 3P0）的自然寿命的测量结果为151.4(48) s，相对不确定度为3.2%，这一结果与理论结果相符合。

理论和实验研究原子暂稳态寿命可以帮助我们更加深入地了解原子的结构，进而提升基于原子量子跃迁的精密测量，比如更加精确地评估黑体辐射频移以研制更高精度的光钟等。

图1. 归一化耦合强度随磁场强度的变化。

图2.⁸⁷Sr 钟跃迁激发态（5s5p ³P₀）的自然寿命的实验（蓝色）和理论（红色）结果的比较。