Узкие линии иттербия: новые частоты для квантовых часов экспресс
Свет, который атом испускает или поглощает, похож на отпечатки пальцев: у каждого элемента свой узор линий. В ионе иттербия (атоме, потерявшем один электрон) нашли три новые линии, которые раньше не использовали. Эти линии очень узкие — как тонкие щели в заборе, через которые видно далеко и чётко.
Узость линий связана с тем, что и верхнее, и нижнее состояния живут необычно долго. Обычно возбуждённый атом быстро сбрасывает энергию, как шарик, скатывающийся с горки. Здесь же шарик застревает на полке и может оставаться на ней миллисекунды — по атомным меркам это вечность. Такие долгоживущие состояния удобны для хранения квантовой информации: кубит не разрушится от случайного толчка.
Учёные измерили абсолютные частоты этих переходов с высокой точностью. Это как узнать точный адрес дома, чтобы потом безошибочно к нему возвращаться. Также измерили сдвиги частоты у разных изотопов (атомов с разным числом нейтронов) и сверхтонкую структуру — крошечные расщепления линий из-за взаимодействия электрона с ядром.
Одно из новых состояний оказалось особенно привлекательным: его можно возбудить лазером, и оно живёт долго, потому что распадается медленным магнитным излучением. Это идеальный кандидат для долгоживущего кубита — ячейки квантового компьютера. Новые узкие линии дополнят уже известные и помогут строить более точные часы и искать отклонения от Стандартной модели физики.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.07352
We present the observation of three semi-forbidden transitions in singly-ionized ytterbium from the metastable $$^{2}\mathrm{F}^o_{7/2}$$ state. Owing to the long lifetimes of both the upper and lower states involved, these transitions are narrow and complement those already frequently used in this atom for quantum information and searches for new physics. We report the absolute frequencies of these electric quadrupole transitions, their isotope shifts, hyperfine structure, and measurements of the quadrupole transition moments. We find that the spontaneous lifetimes of these excited states are limited by slow magnetic dipole emission to lower-lying, odd-parity states, the lowest of which is accessible by laser excitation from $${}^2\mathrm{F}_{7/2}^o$$ and is an attractive candidate for hosting a long-lived qubit.
Иттербий назван в честь шведского города Иттербю, где нашли минерал с этим элементом. В этом же карьере открыли ещё три элемента: иттрий, тербий и эрбий.