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近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員魏榮課題組在冷原子噴泉鐘的磁場(chǎng)評(píng)估與計(jì)量研究方面取得系列進(jìn)展。

電磁場(chǎng)是基本的物質(zhì)形態(tài)。磁場(chǎng)通過(guò)塞曼效應(yīng)影響粒子的能級(jí)，是影響原子鐘及其它精密測(cè)量領(lǐng)域重要的因素。相關(guān)領(lǐng)域通過(guò)一階塞曼效應(yīng)引起能級(jí)分裂測(cè)試磁場(chǎng)。科研人員基于受激拉曼躍遷方法，探索了雙光子躍遷下的選擇定則(不僅有ΔmF=0,±1而且增加ΔmF=±2)，并結(jié)合一階、二階塞曼效應(yīng)不同的頻率敏感系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了二階塞曼效應(yīng)弱磁敏躍遷測(cè)試磁場(chǎng)。它與一階塞曼效應(yīng)的強(qiáng)磁敏躍遷相結(jié)合，相當(dāng)于為磁場(chǎng)測(cè)量提供了相差500倍的雙量程磁強(qiáng)計(jì)，大大拓展了磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)試范圍。

磁場(chǎng)是矢量，這使磁場(chǎng)的方向測(cè)量成為一件重要工作。基于原子能級(jí)分裂的塞曼效應(yīng)磁場(chǎng)測(cè)試與普通的基于霍爾效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)有較大區(qū)別。霍爾效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)是測(cè)試磁場(chǎng)矢量在測(cè)試方向的投影，而塞曼效應(yīng)引起的能級(jí)分裂取決于磁場(chǎng)的大小，它對(duì)粒子的影響是通過(guò)C-G系數(shù)，也就是躍遷的強(qiáng)度體現(xiàn)。通過(guò)光場(chǎng)與靜磁場(chǎng)的張量關(guān)系描述，科研人員分析了受激拉曼躍遷的強(qiáng)度與靜磁場(chǎng)的張量關(guān)系，通過(guò)測(cè)量精密控制偏振的拉曼激光引起的不同塞曼能級(jí)間的躍遷強(qiáng)度，測(cè)試了噴泉鐘中靜磁場(chǎng)的軸向和徑向投影，實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁場(chǎng)矢量的遠(yuǎn)程測(cè)量。測(cè)試精度在軸向達(dá)到毫弧度量級(jí)，徑向達(dá)到0.1弧度量級(jí)。

磁場(chǎng)是一種看不見(jiàn)、摸不著的特殊物質(zhì)，磁場(chǎng)不是由原子或分子組成的，但磁場(chǎng)是客觀存在的。磁場(chǎng)具有波粒的輻射特性。磁體周?chē)嬖诖艌?chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的，所以?xún)纱朋w不用接觸就能發(fā)生作用。電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周?chē)臻g存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng)，因而概括地說(shuō)，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或電場(chǎng)的變化而產(chǎn)生的。用現(xiàn)代物理的觀點(diǎn)來(lái)考察，物質(zhì)中能夠形成電荷的*成分只有電子（帶單位負(fù)電荷）和質(zhì)子（帶單位正電荷），因此負(fù)電荷就是帶有過(guò)剩電子的點(diǎn)物體，正電荷就是帶有過(guò)剩質(zhì)子的點(diǎn)物體。運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)的真正場(chǎng)源是運(yùn)動(dòng)電子或運(yùn)動(dòng)質(zhì)子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。例如電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就是在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)的電子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。