卢征天

中国科学技术大学盛东教授与卢征天教授的联合课题组利用高精度氙同位素共磁力仪寻找中子自旋与万有引力的耦合效应，实验发现中子在自旋朝上与朝下之间的重量差别小于十万亿亿分之二（2×10-21），结果将该效应的耦合强度设定了新的上限。相关成果以“Search for Spin-Dependent Gravitational Interactions at Earth Range”为题于5月15日发表在《物理评论快报》上[Phys. Rev. Lett. 130, 201401 (2023)]。美国物理学会的《物理》杂志同时发表题为“Testing Gravity’s Effect on Quantum Spins”的报道，指出这项精密测量研究在量子理论与引力相遇的区域做出了新的探索。图 1 实验发现中子在自旋朝上与朝下之间的重量差别小于十万亿亿分之二。自然界有四种基本物理相互作用力，它们当中唯有引力还未在实验上发现与粒子自旋相关。假如自旋与引力耦合，那么处于不同自旋态的粒子在地球重力场中就会有极其微小的能量和受力差别。自上世纪70年代以来，研究人员发展出了多种经典或者量子测量方法来寻找

中国科学技术大学卢征天教授、夏添博士与同事合作，利用原子阱痕量分析方法实现了对极稀有同位素钙-41的单原子灵敏检测，将该同位素丰度的检测极限压低至10-17（十亿亿分之一）量级，并演示了对骨头、岩石、海水等典型样品的钙-41同位素分析。此项工作解决了地质、生物样品中钙-41同位素的探测难题，使得钙-41有望作为示踪定年同位素被应用于地球科学和考古学等领域。相关成果以“Atom-trap trace analysis of 41Ca/Ca down to the 10-17level”为题于3月2日在线发表在《自然- 物理》期刊上 [Nature Physics]。图1.钙-41同位素由宇宙射线诱导产生，有望应用于冰川与古生物等自然界样品的定年研究自然界岩石和生物骨质普遍含有丰富的钙元素，其同位素组成以稳定同位素钙-40为主，同时包含极其少量的放射性同位素钙-41。钙-41的半衰期为10万年，是碳-14半衰期的17倍，因此钙-41可以覆盖比碳-14更古老的定年范围。地球上的钙-41主要由地表浅层（几米深度）内的钙-40捕获宇宙射线中子而产生，其同位素丰度仅为10-16- 10-1

中国科学技术大学卢征天、蒋蔚教授带领的单原子探测团队与云南大学田立德研究员带领的冰川学团队合作，首次对冰芯进行了氩-39（39Ar）同位素定年测量，为青藏高原羌塘冰川冰芯建立了上千年的精准年代标尺。相关成果以“A Tibetan ice core covering the past 1,300 years radiometrically dated with 39Ar”为题于9月26日在《美国国家科学院院刊》上发表【Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2022, DOI:10.1073/pnas.2200835119】。冰芯是保存环境大气的独特档案，对冰芯进行定年是正确解读其中古气候信息的关键。我国青藏高原被誉为世界第三极，拥有众多的山地冰川，是中低纬度古气候研究的宝贵资源。但是科研人员一直缺少给青藏高原深冰芯绝对定年的可靠方法。半衰期为268年的放射性39Ar覆盖了50-1800年的定年范围。作为一种惰性气体，39Ar在大气中分布均匀，是山地冰川的理想定年同位素。然而，39Ar在环境中的同位素丰度极低，可低至十亿亿分之一，因此冰芯中39Ar的定量分析在

中国科学技术大学卢征天教授团队利用激光冷原子方法对镱-171原子（Yb-171）的固有电偶极矩进行了首次测量，获得了该电偶极矩小于1.5 x 10-26e cm的上限结果，并对镱-171原子核的席夫极矩设定了上限。相关成果以“Measurement of the Electric Dipole Moment of171Yb Atoms in an Optical Dipole Trap”为题于8月19日发表在《物理评论快报》 [Phys. Rev. Lett. 129, 083001, (2022)]上。EDM违反时间反演对称性原子与原子核当中普遍存在自旋现象，旋转原子中的电荷流动形成一个线圈，从而产生原子的固有磁偶极矩，这是我们熟悉的原子内禀属性。然而，原子内部的正负电荷是否会沿自旋方向有所分离而产生固有电偶极矩呢？自从上世纪50年代李政道、杨振宁提出宇称不守恒的设想，人们便开始寻找粒子、原子核及原子的固有电偶极矩。这种物理现象既破坏空间反演对称性（即“宇称”），又破坏时间反演对称性，并与CP破坏、物质-反物质不对称等基础物理问题紧密相关。粒子物理理论推测电偶极矩研究是通向标

《美国物理学会新闻》近期发表了题为《一千年前的气候是什么样的？向氩-39要答案》的新闻报道，作者Tess Joosse是威斯康星州麦迪逊市的一名科学记者。文章介绍了中国科学技术大学团队关于氩-39原子阱痕量分析技术的最新进展。以下内容来自《美国物理学会新闻》：在青藏高原的冰川上和南极冰盖的底部，古老的冰层中保存着来自多年前地球大气的氪-81和氩-39等稀有气体同位素，它们包含了关于过去气候的微小线索。“这些同位素是环境中的天然时钟，”中国科学技术大学的研究生储艳清在今年6月份的美国物理学会（APS DAMOP)会议上说。 它们均匀分布在地球大气层中，其惰性使它们免受化学反应的影响。因此，如果我们能探测到这些被称为“示踪剂”的同位素，就可以知道很多关于它们从大气中循环出来时气候的情况。图 1 原子阱痕量分析装置原理图。样品气体从左侧进入真空装置，氩-39（氪-81）原子经过一系列激光的操纵后，在右侧磁光阱中被俘获，其荧光被灵敏的EMCCD相机探测（右上角小图）。然而检测它们并不容易。“想想一公斤冰，”中科大蒋蔚教授说，“其中只有大约2000个氪-81原子”，这对应着9