上海光机所喷泉钟磁场评估与计量研究方面取得突破

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学重点实验室研究员魏荣课题组在冷原子喷泉钟的磁场评估与计量研究方面取得系列进展。

电磁场是基本的物质形态。磁场通过塞曼效应影响粒子的能级，是影响原子钟及其它精密测量领域重要的因素。相关领域通过一阶塞曼效应引起能级分裂测试磁场。科研人员基于受激拉曼跃迁方法，探索了双光子跃迁下的选择定则(不仅有ΔmF=0,±1而且增加ΔmF=±2)，并结合一阶、二阶塞曼效应不同的频率敏感系数，实现了二阶塞曼效应弱磁敏跃迁测试磁场。它与一阶塞曼效应的强磁敏跃迁相结合，相当于为磁场测量提供了相差500倍的双量程磁强计，大大拓展了磁场强度的测试范围。

磁场是矢量，这使磁场的方向测量成为一件重要工作。基于原子能级分裂的塞曼效应磁场测试与普通的基于霍尔效应磁强计有较大区别。霍尔效应磁强计是测试磁场矢量在测试方向的投影，而塞曼效应引起的能级分裂取决于磁场的大小，它对粒子的影响是通过C-G系数，也就是跃迁的强度体现。通过光场与静磁场的张量关系描述，科研人员分析了受激拉曼跃迁的强度与静磁场的张量关系，通过测量精密控制偏振的拉曼激光引起的不同塞曼能级间的跃迁强度，测试了喷泉钟中静磁场的轴向和径向投影，实现了对磁场矢量的远程测量。测试精度在轴向达到毫弧度量级，径向达到0.1弧度量级。

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场具有波粒的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。用现代物理的观点来考察，物质中能够形成电荷的*成分只有电子（带单位负电荷）和质子（带单位正电荷），因此负电荷就是带有过剩电子的点物体，正电荷就是带有过剩质子的点物体。运动电荷产生磁场的真正场源是运动电子或运动质子所产生的磁场。例如电流所产生的磁场就是在导线中运动的电子所产生的磁场。