ベリリウムイオン超微細構造定数の測定精度を向上させる新手法を開発（New Method Improves Precision of Beryllium Ion Hyperfine Constant Measurement）

2026-07-14 中国科学院（CAS）

中国科学院（CAS）精密計測科学技術創新研究院（APM）の研究チームは、ベリリウム9イオンの超微細構造定数を、これまでより高い精度で測定する新しい方法を開発した。研究では、直線型イオントラップ内で複数のマイクロ波パルスを用いてイオンの状態を精密に制御し、弱い磁場でも磁場の影響を受けにくい超微細遷移を測定することに成功した。その結果、弱磁場での測定精度は従来より約10倍向上した。これまで最も高精度な測定は強い磁場で行われていたが、実験結果にばらつきがあり、磁場の影響を受けにくい弱磁場での高精度測定が求められていた。今回の手法では、磁場を変えながら超微細遷移の周波数を測定し、物理定数やイオン構造の影響を受けない超微細構造定数を高精度に求めることができた。この成果は、量子電磁力学（QED）の理論検証や原子核構造の研究に役立つほか、高精度な原子時計や量子計測技術の発展にも貢献すると期待される。

＜関連情報＞

磁気的に不感応な超微細遷移を利用した、線形ポールトラップ内の9Be+の基底状態超微細定数の精密測定 Precision measurement of the ground-state hyperfine constant for 9Be+ in a linear Paul trap via magnetically insensitive hyperfine transitions

Zhi-yuan Ao, Wen-li Bai, Qian-yu Zhang, Wen-cui Peng, and Xin Tong
Physical Review A Published: 27 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/4b8w-pxt7

Abstract

Direct measurements of the ground-state magnetically insensitive hyperfine transition |=2,⁢=0⁢⟩→|=1,⁢=0⟩ of ⁹Be⁺ions have been performed using microwave-driven state transfer. The 9Be+ ions are confined and laser cooled in a linear Paul trap, forming a Coulomb crystal. The transition frequencies have been measured over a magnetic-field range of ±0.5 mT centered at zero magnetic field and the acquired data were fitted accounting for the high-order Zeeman effect. The hyperfine constant is determined to be −625.008840⁢(35) MHz, achieving a relative precision of 5.6×10⁻⁸.