原子與分子系統中的對稱性破壞

1.鉈原子系統中的宇稱不守恆(Precise measurement) Parity Non-Conservation in Thallium

原子雖小,其中的奧祕卻像是個大宇宙,隱含著大自然運行的所有規律,包含重力、電弱作用力和強作用力;藉由觀察光子與原子的交互作用,我們可以利用一些方法,比如光譜,來了解四大作用力,其中只存在在弱作用力中宇稱不守恆(PNC)就是我們主要的研究對象;原子系統中PNC的研究除了作為檢驗基本模型(Standard Model)的工具外,也讓人們有機會了解弱作用力的本質。(不可否認,弱用力是很特別的,為什麼對稱性破壞只發生在弱用力呢?)

宇稱不守恆(PNC, Parity Non-conservation),是與左右有關的對稱性破壞,是當代物理學的一個重要發現,在1957年由楊振寧、李振道提出,吳健雄等科學家在鈷60的衰變的實驗則證實了這項推測。

PNC表現在原子中的行為簡單來說,就是原子對左旋光與右旋光不一致的吸收率,也就是會使線偏振光旋轉,約10^-7 rad,此微小量使原子PNC實驗理所當然跨足在精密實驗(Precise Measurement)領域,如何在實驗本身必然存在的系統誤差中抽絲剝繭得到精確的結果則是這個實驗的難度所在。

鉈原子是我們所選擇的原子系統,因其擁有較重的原子量81(原子量大小與PNC效應成正比)以及相對簡單的原子結構(在封閉殼層外只有3個電子)。對鉈原子能階結構的了解是未來做PNC精密實驗的基石,目前我們實驗室已發展足夠穩定的377nm(6P1/2-7S1/2)UV紫光,除了藉由觀察螢光光譜研究鉈原子的基態三能階結構,我們也與施宙聰老師實驗室發展的光頻梳合作,預期能得到精準的絕對頻率、同位素頻移等理論計算中重要參數,這是PNC計算中重要的參考指標。

目前我們結合先進的NICE-OHMS光譜技術與原子束裝置,著手發展1283nm雷射(6P1/2-6P3/2),此段為E1禁止躍遷譜線,也是在PNC實驗中主要觀察的躍遷譜線。