Detección de estados electrónicos metastables por espectrometría de masas de trampa de Penning

Área de la Ciencia:

• Física atómica
• Metrología
• Ciencia de la información cuántica

Sus antecedentes:

• Los relojes ópticos de última generación utilizan conjuntos atómicos o iones atrapados para una alta precisión.
• Los iones altamente cargados (HCIs) y las transiciones nucleares son prometedores para los relojes de próxima generación debido a su insensibilidad a las perturbaciones.
• Los cálculos precisos de la estructura atómica son cruciales para identificar las transiciones HCI adecuadas para los relojes.

Objetivo del estudio:

• Informar de la observación de un estado electrónico metastable de larga duración en un ion altamente cargado (HCI).
• Proporcionar una determinación directa y no destructiva de una energía de excitación electrónica en renio.
• Demostrar un nuevo método para la identificación y caracterización de posibles estándares de frecuencia de rayos X blandos.

Principales métodos:

• Utilizó el espectrómetro de masas de trampa de Penning de alta precisión PENTATRAP.
• Se midió la relación de frecuencia del ciclotrón entre los estados básico y metastable del HCI.
• Determinó la diferencia de masa entre los estados básicos y excitados, obteniendo la energía de excitación electrónica.

Principales resultados:

• Se observó un estado electrónico metastable de larga duración en un ion altamente cargado (renio).
• Logró una precisión de 10-11 en la medición de la relación de frecuencia del ciclotrón, una mejora de diez veces.
• Se ha determinado una frecuencia de referencia potencial de rayos X blandos a 4,96 × 1016 Hz (202 eV) con un ancho de línea de 5 × 10−8 Hz y un factor de calidad de 1024.

Conclusiones:

• Los resultados concuerdan con cálculos avanzados de la estructura atómica.
• El método desarrollado permite la búsqueda de otras transiciones de reloj de rayos X suaves en los HCI.
• Este trabajo es crucial para los estudios de precisión en física fundamental.