近日，中国科学技术大学科研团队运用全光激发实现了对极其稀有同位素氪-81的单原子探测，这一量子精密测量方法的重要进展，将助力地球与环境科学的探究。相关成果近日在国际学术期刊《物理评论快报》上发表。
氪是一种微量的惰性气体，在空气中的含量为百万分之一。它由多种同位素组成，包括一种半衰期为23万年的放射性同位素氪-81，在空气中的含量仅为百亿亿分之一（10-18）。20世纪60年代，在空气中发现氪-81，科研人员梦想着用氪-81这个天然示踪剂来帮助了解环境中的水、冰循环过程，为百万年老的古地下水与冰川定年。
科研团队发明了单原子灵敏检测方法“原子阱痕量分析”，可以一个一个地数出环境样品中所含的氪-81原子。用原子阱捕获氪-81需要首先将原子激发到一个亚稳量子态上。目前，国际上均采用气体放电方法来制备亚稳态氪原子，方法简单可行，却存在激发效率低、样品损失和交叉污染等问题。
实验中，科研团队研制出一种高亮度共振真空紫外灯，并将其应用于全光激发氪原子，从而避免了气体放电所带来的种种问题。研究提出了新的机理来解释真空紫外光子在氪气中传播时的“自吸收”现象——光子在氪气中多次散射后并未损失，而是其频率发生了偏移。研究人员在保持光源高亮度特征的同时，减小了光频偏移，建成了基于全光激发的氪原子阱，并达到了每小时1800个氪-81原子的探测速率。这一研究成果对于古地下水研究和寻找百万年前形成的冰芯等科学问题具有重要意义。（总台记者 帅俊全）
