极性分子的操控与精密测量

论文摘要

极性分子在精密测量和操控模拟中有着广泛的应用。本文研究了各个实验系统中极性分子束的产生方法,并以PbF分子为例研究了其精细能级和超精细能级结构。此外为了减速与囚禁分子,本文提出了一种静电曲面反射镜的方案,这一方案用于分子电子电偶极矩测量可以有效提高测量灵敏度。主要内容如下:首先,本文研究了极性双原子分子束源的产生方法,以SrF、CaF、YbF、ThO分子自由基和HfF+离子为例,包括高温制备法、超声速和缓冲气体冷却三种,通过比较它们产生分子束的速度、转动温度、分子数等相关参数,选择一种适合我们小组做精密测量束源的方法。我们所做的低温实验用二级缓冲气体冷却二级系统作束源更有利,它可以产生速度较慢、温度较低的分子束。对于低温实验来说,缓冲气体冷却制备束源的方法是非常重要的一种方式。其次,本文对重极性分子PbF的基态哈密顿量进行了理论计算。第一,本文先介绍了四种洪特耦合的情况并介绍了PbF分子的耦合情况;第二,本文介绍了“有效自旋”的概念,并计算了有效自旋哈密顿量的矩阵元;第三,在“有效自旋”概念的基础上,本文还计算了在有场情况下的哈密顿量矩阵元。这为我们小组用PbF作为载体测量电子电偶极矩奠定了坚实的理论基础。最后,为了优化e-EDM测量统计灵敏度,本文提出了一种结构简洁紧凑的微型静电曲面反射镜方案,该反射镜在改变分子运动方向的同时又能实现分子的横向聚束,大大增加了反射分子数。通过理论计算与Monte-Carlo模拟验证了该反射镜对重氨分子（ND3）的反射效果,将ND3的曲面反射镜与相同尺寸的平面反射镜的模拟结果进行对比。另外,用上述同样的方法探讨了PbF的曲面模拟结果,并与ND3的模拟结果进行了对比。研究结果表明,相对于平面反射镜我们的曲面反射镜对极性分子有明显的聚束效果,而且该反射镜对PbF的聚束效果比对ND3的更好。单个静电曲面反射镜可与重力场一起构成重力光学分子腔,捕获高密度冷分子样品。两个平行放置的静电曲面反射镜可构成分子腔（类似于Fabry-Perot原子腔）,可应用于分子激光输出。该反射镜还可用于提高分子密度、优化电子电偶极矩精密测量灵敏度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 分子与原子的操控
•   1.3 研究电子电偶极矩的重要性
•   1.4 用PbF作为e-EDM的载体
•   1.5 本文的研究工作
• 第二章 极性双原子分子产生方法的比较
•   2.1 引言
•   2.2 极性双原子分子相关参数的比较
•   2.3 极性双原子分子束源产生的实验装置
•   2.4 本章小结
• 第三章 PbF分子基态哈密顿量的计算
•   3.1 引言
•   3.2 有效自旋模型
•   3.3 有效自旋转动哈密顿量的计算
•   3.4 和场有关的哈密顿量的计算
•   3.5 本章小结
• 第四章 冷分子静电曲面反射镜
•   4.1 引言
•   4.2 ND3 动力学模拟过程
•   4.3 PbF的动力学模拟过程
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本文研究工作总结
•   5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 研究生期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李静

导师: 印建平

关键词: 极性分子,精密测量,分子操控,分子腔

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华东师范大学

分类号: O561.3

总页数: 66

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