利用强激光耦合路径增强弱量子跃迁光谱检测的新方法

本研究针对弱量子跃迁检测的难题，提出通过强激光耦合路径增强光谱信号的新策略。研究人员利用阿秒瞬态吸收光谱技术，在氦原子中实现了对1s2→2p3d/sp2,4-等弱跃迁的观测，信号强度提升达一个数量级。该突破为生物化学分析、核物理精密测量等领域提供了全新工具，相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

在量子物理和光谱分析领域，弱跃迁的检测长期面临巨大挑战。传统光谱技术受限于跃迁矩阵元平方的尺度限制，当|T_g1|?|T_g2|时，微弱信号往往湮没在噪声中。这种现象在氦原子双激发态研究中尤为突出——自1963年Cooper等人首次理论描述sp_2,n-系列"准禁戒跃迁"以来，2p3d态的观测耗时30年才实现。如何突破费米黄金法则的限制，成为光谱技术发展的关键瓶颈。

来自德国马普研究所等机构的研究团队创新性地提出量子态振幅转移机制：通过强可见光（VIS）脉冲耦合2s2p(¹P^o)与2p3d/sp_2,4-态，构建|2>→|1>的量子通道。实验采用共线阿秒XUV-VIS泵浦探测装置，在200mbar氦气室中捕获到64.1eV处增强的共振信号。理论计算通过双电子含时薛定谔方程（TDSE）证实，该策略使2p3d态的广义吸收截面提升10倍，与实验观测的1.1fs量子拍频周期完美吻合。这项发表于《Nature Communications》的工作，为核钟异构体跃迁等极端弱信号的探测开辟了新途径。

关键技术包括：①4.6fs可见光脉冲与0.2fs XUV脉冲的时空精确调控；②基于超球坐标的TDSE数值模拟；③40meV分辨率的阿秒瞬态吸收光谱；④考虑多普勒展宽（400μeV）和光谱仪响应的数据重建算法。

【实验结果】

1. 概念验证：通过三能级模型展示，当T₂₁=2a.u.的耦合强度介入后，原仅0.0008a.u.的T_g1跃迁信号显著增强。
2. 氦原子实验：对比XUV单独作用（蓝色曲线）与双色场作用（橙红色曲线），sp_2,4-特征峰强度提升至与sp_2,3+相当。
   
   
3. 动力学分析：窗口型共振特征仅在VIS延迟>0时出现，其3.9eV能差对应的1.1fs量子拍频，证实2s2p→2p²→2p3d的主导路径。

【结论意义】
该研究实现了四项突破：①首次实验观测到氦原子2p3d/sp_2,4-态的实时演化；②验证了量子通道增强弱跃迁的普适性原理；③建立了包含双电子关联效应的TDSE计算框架；④为核钟异构体（如²²⁹Th）的电子桥激发提供技术储备。正如审稿人所评，这种方法"将像腔增强光谱技术那样，深刻改变弱信号检测的游戏规则"。未来可拓展至分子指纹识别、核跃迁精密测量等前沿领域，推动从量子物理到生物医学的跨学科发展。