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摘 要：联合研究小组在“电子束离子阱”（EBIT）这一实验室等离子体中，制备了处于亚稳态的多价离子（碘-127的7价离子，127I7+），并进行了脉冲激光照射，从而观测到了极紫外光。极紫外光只在不到10微秒（μs，1μs为百万分之一秒）内的短时间内发生。此外，研究小组还通过采用特殊的等离子体条件来抑制其他分裂因素，即塞曼分裂，从而在激光分光光谱中观测了多电子重元素多价离子的超精细结构分裂。
关键词：多电子重元素多价离子、多价离子分光法、“电子束离子阱”（EBIT）、碘-127的7价离子、等离子体
一种新型多价离子分光法的示范
——观测多电子重元素多价离子的超精细结构
概要
研究小组示范了一种新的多价离子[1]分光法——“时间分辨等离子辅助激光分光”[2]，并成功观测了原子能级[3]极小分裂的超微构造[3]。
该研究成果有望在原子、原子核、等离子体[4]等广泛的领域中，为采用多价离子分光的研究带来新的发展，特别是为有望成为下一代原子钟的“多价离子原子钟”[5]提供宝贵的分光测量值。
本次，联合研究小组在“电子束离子阱”（EBIT）[4]这一实验室等离子体[4]中，制备了处于亚稳态[6]的多价离子（碘-127的7价离子，127I7+），并进行了脉冲激光照射，从而观测到了极紫外光[7]。极紫外光只在不到10微秒（μs，1μs为百万分之一秒）内的短时间内发生。此外，研究小组还通过采用特殊的等离子体条件来抑制其他分裂因素，即塞曼分裂[8]，从而在激光分光光谱中观测了多电子重元素多价离子[1]的超精细结构分裂。
本次示范的新型多价离子分光法概念图
分光研究可用于调查原子所具有的离散能级，是理解微观世界物理规律的一种有效方法。“多价离子”（多价阳离子），即被剥夺了多个电子的高度电离的原子。由于其能级结构充分反映了相对论量子力学[9]和量子电动力学[10]的影响，因此是非常值得探索的分光实验对象。
近年，澳大利亚的理论学者指出，多价离子的能级结构适用于原子钟的应用（注1），特别是电子数量相对较多的多电子重元素多价离子引起了大量关注。随着电子数量的增多，能级结构也会变得更为复杂，从而更加难以预测。近十年来，通过分光实验，各种多电子重元素多价离子得到了广泛研究，理论预测精度也随之提高。但是，要将其应用于原子钟，必须对能级上的极小分裂，即“超精细结构”进行分光观测，而以往几乎不存在这样的观测实验。这主要是由于该实验需要高分辨率的分光技术，同时还需要在弱磁场中进行测量，这是多价离子实验的薄弱环节。
自1980年以来，电子束离子阱（EBIT）等多价离子分光光谱仪不断发展，各种分光实验在世界各地不断展开。多价离子分光实验的标准方法是使用分光光谱仪观察等离子体中的多价离子发光，这是一种被动分光法。采用这种方法是由于，生成和维持多价离子本身就是一种特殊技术，且大部分过渡波长处于极紫外光到X射线[7]的波长范围上，激光分光难以应用。近年来，由于多价离子原子钟的提出，发展高分辨率激光分光技术的势头有所增强，同时也出现了几例示范试验的报告，但实验数量并不多。分光对象大部分是电子数量极少（5个左右）的高价少电子数多价离子，仍未触能及多电子重元素多价离子的激光分光实验。
联合研究小组示范了一种新的分光方法，即“时间分辨等离子体辅助激光分光”，并观察了多电子重元素多价离子的超精细结构。该分光方法是由美国国家标准和技术研究所的研究人员在2017年提出的（注2），本次的研究成果是该方法的首个示范案例。