Японские физики продемонстрировали применимость метода спектроскопии сверхвысокого разрешения с преобразованием Фурье в сильном поле для точного измерения тонкого расщепления в одно- и двухзарядных ионах инертных газов. Метод основан на влиянии квантовой суперпозиции промежуточного ионного состояния на вероятность вторичной ионизации. Точность измерения расщеплений с помощью такой спектроскопии оказалась в несколько десятков раз выше по сравнению с другими методами.

Исследование опубликовано в Physical Review A.

Атомная спектроскопия играет важнейшую роль в тех разделах физики, где требуется высокая точность. Экспериментальное определение разности энергетических уровней достигло такого уровня, который позволяет проверять фундаментальные законы и уточнять мировые константы. Самым известным следствием этого процесса стала загадка радиуса протона, которую подробно разбирали в материале «Щель в доспехах».

Однако не все энергетические интервалы в атомах удается измерить с высокой точностью. К таким интервалам относятся спин-орбитальные расщепления основных состояний однозарядных ионов инертных газов, в особенности Ne⁺, Ar⁺, Kr⁺ и Xe⁺. Причина трудности заключается в том, что переходы между соответствующими подуровнями запрещены правилами отбора, поэтому спектроскопистам приходится проводить косвенные измерения, вычисляя разность энергий переходов с возбужденных состояний на оба основных. Такой метод сильно теряет в точности, которая составляет 0,1 обратный сантиметр (несколько сотен гигагерц). Физики пытаются уточнить эти измерения с помощью разнообразных техник, например, зеемановски-модулированной спектроскопии и фотоионизационной спектроскопии, но пока точность удалось улучшить всего на два-три порядка.

Следующий шаг в этом направлении сделала группа японских физиков из Токийского университета при участии Каору Яманучи (Kaoru Yamanouchi).