近日，中国科学院国家授时中心的光钟研究团队在碱土金属原子超精细诱导电四极(E2)跃迁及超精细结构的精确计算方面取得了突破。研究人员利用多组态Dirac-Hartree-Fock理论，精确计算了镱(Yb)原子5d6s ³D₁态与基态6s²¹S₀之间的磁偶极(M1)跃迁和超精细诱导E2跃迁的跃迁概率。相关研究成果以《Accurate Calculation of Hyperfine-Induced 5d6s ³D_1,3 to 6s²¹S₀ E2 Transitions and Hyperfine Constants in Ytterbium Atoms》为题，发表在期刊《物理学报》。

研究人员指出，利用5d6s ³D₁ - 6s²¹S₀跃迁探索宇称破缺效应已经得到了深入研究，但5d6s ³D₁态与基态6s²¹S₀之间的M1跃迁和超精细诱导E2跃迁会显著影响宇称破缺信号的探测，因此，精确计算这些跃迁的跃迁概率非常重要。先前的研究在计算5d6s ³D₁ - 6s²¹S₀超精细诱导E2跃迁时仅考虑了5d6s ³D₂微扰态对跃迁概率的影响，并且其超精细常数的计算结果与实验值之间存在3%至26%的差异。在本工作中，研究团队详细分析了电子关联效应对M1和E2跃迁矩阵元的影响，如图1所示，并研究了不同微扰态和超精细相互作用对跃迁概率的影响。团队计算得到的5d6s³D_1,2,3和¹D₂态的超精细常数与实验测量结果符合得很好，证明了计算模型的合理性。

此外，结合实验测量的超精细常数和理论计算得到的核外电子在原子核处的电场梯度，研究团队重新评估了¹⁷³Yb原子核的核电四极矩Q=2.89(5)b。这一评估结果与目前被推荐的结果[Stone, Atomic Data and Nuclear Data Tables, 111, 1-28(2016)]一致，如图2所示。

该研究在碱土金属原子超精细诱导跃迁以及超精细常数的精确计算方面取得的进展，不仅有助于深入理解原子结构，还对未来基于原子跃迁的精密测量技术的发展具有重要意义。本文赵国栋、曹进为共同第一作者，卢本全、常宏为通讯作者。

图1.不同计算模型下，5d6s ³D₁ - 6s²¹S₀M1跃迁（左）和5d6s ^1,3D₁ - 6s²¹S₀ E2跃迁（右）的约化矩阵元

图2. 不同研究中¹⁷³Yb核电四极矩的比较