Studying variation of fundamental constants with molecules
V. V. Flambaum, M. G. Kozlov
这篇综述文章致力于精密分子光谱学的基本常数的可能的空间和时间变化的研究中的应用。天体物理观测和实验室实验进行了讨论。
This review article is devoted to application of precision molecular spectroscopy to studies of the possible spatial and temporal variations of the fundamental constants. Both astrophysical observations and laboratory experiments are discussed.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
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Low-energy collisions between carbon atoms and oxygen molecules in a magnetic trap
在静电、磁和光阱中捕获原子和分子，使得能够在许多秒的时间尺度上研究原子和分子的相互作用，从而可以观察超冷碰撞和反应。在这里，我们报告的第一个磁减速和捕获中性碳原子在一个静态磁阱。当在超导阱中共同捕获碳原子与氧分子时，碳信号以非指数方式衰减，与原子-分子碰撞导致的损失一致。我们的发现为研究不能被激光冷却的物质的弹性和非弹性碰撞铺平了道路，特别是可能有助于观察低温下的反应，如C + O2 --> CO + O，这在星际化学中很重要。
Studying the normal-fluid flow in Helium-II using metastable helium molecules
我们证明，亚稳态氦分子可以用作示踪剂，可视化的超流$^{4}$他使用激光诱导荧光技术的正常流体的流动。对普通流体射流冲击铜圆盘中心的流型进行了成像。当射流通过圆盘表面时，观察到正常流体的环形循环结构。在我们关闭分子源之后，测量捕获在循环结构中的分子的荧光信号作为时间的函数。分子的辐射寿命和密度可以通过使用简单的分析模型拟合测量数据来确定。我们还讨论了一个拟议的实验上使用以前开发的分子标记成像技术可视化的正常流体的速度分布在热逆流通道中的量子湍流的过渡过程中。
Enhanced effect of temporal variation of the fine structure constant in diatomic molecules
我们表明，在微波跃迁的精细结构常数之间的变化的相对效果非常接近和狭窄的旋转超精细的水平可能会增强2-3个数量级的双原子分子，如LaS，LaO，LuS，YbF等的增强是超精细和旋转间隔之间的抵消的结果。
Effect of alpha variation on a prospective experiment to detect variation of m_e/m_p in diatomic molecules
我们考虑精细结构常数α的变化对DeMille等人提出的使用双原子分子寻找电子与质子质量比μ的变化的有希望的实验的影响[DeMille等人，物理修订版信函100，043202（2008）]。拟议的实验涉及光谱探测由不同的电子势支持的两个近简并振动能级之间的分裂。在这里，我们证明，这种分裂可能是同样或更敏感的变化，在阿尔法的变化，在亩。对于预期的实验精度，这意味着α变化可能不可忽略，如先前假设的那样，并且进一步表明该方法也可以作为搜索α变化的竞争手段。
Precision Test of Mass Ratio Variations with Lattice-Confined Ultracold Molecules
我们提出了一种利用超冷分子在光晶格中精确测量质子-电子质量比随时间变化的方法。振动能量间隔对质量比的变化很敏感。与使用基于超精细间隔的原子钟的测量相比，这里讨论的方案是模型无关的，并且不需要分离不同物理常数的时间变化。探讨了应用零微分斯塔克位移光晶格技术高精度测量振动跃迁的可能性。
Photoassociation of ultracold molecules near a Feshbach resonance as a probe of the electron-proton mass ratio variation
我们表明，超冷双原子分子的光缔合（PA）率附近的费什巴赫共振可以用来探测电子-质子质量比$β= m_e/m_p$，通过$Λ_{\mathrm{QCD}}$规模与其他基本常数相关的量的变化。PA率在费什巴赫共振附近表现出两个特征，最小值和最大值，这对相互作用的细节和系统的确切质量非常敏感。通过在外加磁场中进行耦合沟道计算，计算了超冷Li $_2$和LiNa分子的形成速率，并对结果进行了分析.我们发现，PA率是特别敏感的窄费什巴赫共振附近的重分子，在那里它可能是可以检测到的顺序上的$10^{-15}-10^{-16}$的$β$的相对变异性。我们还使用一个双通道模型来推导出适用于双原子分子的PA速率和$β$的变化之间的比例关系。
Enhanced Sensitivity to the Time Variation of the Fine-Structure Constant and $m_p/m_e$ in Diatomic Molecules: A Closer Examination of Silicon Monobromide
最近有人指出，由于基态电子多重态中精细结构和振动间隔之间的近似抵消，某些双原子分子中的跃迁频率对精细结构常数$α$和质子-电子质量比$m_p/m_e$的变化具有增强的敏感性[V.~ V.~ Flambaum和M.~ G.~ Kozlov，Phys. Rev. Lett.~ { \bf 99}，150801（2007）]。一溴化硅是一种具有这种优良品质的分子。在这里，我们采取了更仔细的检查SiBr作为候选检测$α$和$m_p/m_e$的变化。我们分析的旋振光谱，采用最准确的实验数据，在文献中，并进行\emph{ab initio}计算，以确定精确的依赖关系的频谱上的变化$α$。此外，我们计算的自然线宽的rovibronic水平，其中放置一个基本的限制的准确性，可以确定的变化。
Enhanced sensitivity to variation of the fine structure constant and m_p/m_e in diatomic molecules
在不同性质的窄能级之间的跃迁中，对基本常数随时间变化的敏感性可能会大大增强。由于基态精细结构omega_f和振动间隔omega_v（omega=omega_f - n omega_v接近于零，Δ omega/omega= K（2 Δ alpha/alpha +0.5 Δ mu/mu），K >>1，mu=m_p/m_e）之间的抵消，这种增强可以在大量分子中实现。水平之间的间隔方便地位于微波频率范围内，并且水平宽度非常小。位移测量所需的精度约为0.01-1 Hz。作为例子，我们考虑了Cl_2+，CuS，IrC，SiBr和HfF+分子。
Measurement of the variation of electron-to-proton mass ratio using ultracold molecules produced from laser-cooled atoms
近年来，操纵冷分子的实验技术有了很大的发展。对冷分子的精确测量有望为基础物理学提供见解。我们用旋振纯的超冷KRb分子样品改进了电子质子质量比（$μ= \frac{m_{\rm e}}{M_{\rm p}}$）稳定性的测量。该测量是基于一个大的灵敏度系数的分子光谱学，它利用了几乎一个简并对振动能级之间的过渡，每个与不同的电子势。观察到的$μ$的时间变化限度为$\frac{1}μ\frac{dμ}{dt} = (0.30\pm1.0) \times 10^{-14}$年$^{-1}$，与迄今为止最严格的实验室分子限度相比，该限度优于5倍。进一步的改进应该是直截了当的，因为我们的测量只受到统计误差的限制。
Towards the analytic theory of Potential Energy Curves for diatomic molecules. Studying He${}_2^+$ and LiH diatomics as illustration
本文从第一性原理出发，介绍了双原子分子势能曲线解析理论的基本内容。它是基于匹配的微扰理论在小的核间距$R$和多极展开在大的距离，修改的瞬子诱导的跨系列homonymous的情况下，除了唯象描述的平衡位形，如果存在。它导致一类新的（广义）亚纯势（指数项修改）的分子和分母的多项式的次数之差等于4（6）的正电荷（中性）电。作为例子，我们考虑了在Born-Oppenheimer（绝热）近似下的He $_2^+$和LiH晶体。对于${}^{4}$ He $_2^+$（${}^{3}$ He $_2^+$）体系，给出了基态$X^2 Σ_u^+$和第一激发态$A^2 Σ_g^+$的势能曲线（解析PEC）$V(R)$的近似解析表达式.它提供3-4 S. D。对于距离$R \in [1, 10]$ \，a.u.对于$A^2 Σ_g^+$ PEC，在小距离（比平衡距离小得多）处的一些不规则性可能与可能在那里发生的水平交叉有关。基态$X^2 Σ_u^+$的解析PEC支持829（626）个3-4 s.d.能量的准确性，仅比文献报道的830（625）少（多）1个状态。反过来，分析PEC的激发态$A^2 Σ_g^+$支持所有9个弱束缚振转态。整个振转光谱发现在一个单一的计算使用基于拉格朗日网格法的代码。
Collisions between cold molecules in a superconducting magnetic trap
冷分子之间的碰撞对于研究量子化学的基本方面是必不可少的，并且可以通过蒸发冷却形成量子简并分子物质。然而，由于稀释样品的低碰撞率，捕获的自然发生的分子之间的碰撞迄今为止还无法直接观察。我们报道了第一次直接观察到的冷的，被困的分子之间的碰撞，而不需要激光冷却。我们磁性捕获分子氧在0.8K × kB深超导陷阱，并设置边界的弹性和非弹性散射率之间的比率，决定蒸发冷却的可行性的关键参数。我们进一步共同捕获和识别原子和分子之间的碰撞，为磁阱中冷物种间碰撞的研究铺平了道路。
Generating high density molecular jets of complex neutral organic molecules using micro-sized Tesla valves
我们报告的设计和实施多个特斯拉型微阀的目标传递系统的反应显微镜（ReMi）研究复杂的多原子分子的气相结构动力学，当目前不存在传递系统，可以提供足够密集的中性复杂分子的分子射流没有电离或兴奋的目标。我们表明，特斯拉阀提供了一个有效的单向流动的顺式芪分子进入ReMi。我们证明了使用鼓泡与特斯拉阀的数量级增加检测到的芪分子离子信号的强场隧道电离（SFTI），相比，传统的鼓泡没有任何特斯拉阀。我们的研究结果首次为在未来的超快研究中研究气相中具有低蒸汽压的大型复杂中性分子打开了大门。
Linear polyatomic molecules with Π ground state: sensitivity to variation of the fundamental constants
在具有双电子基态的多原子分子中，Renner-Teller效应可以强烈地改变振转光谱。线性C_3H分子具有特别强的Renner-Teller相互作用和非常低的电子振动能级，对应于激发的弯曲振动模式。这导致微波和亚毫米波跃迁频率对精细结构常数α和电子与质子质量比μ的可能变化的灵敏度增加。
A Coincidence Velocity Map Imaging Spectrometer for Ions and High-Energy Electrons to Study Inner-Shell Photoionization of Gas-Phase Molecules
我们报告的设计和性能的双面符合速度图成像光谱仪优化的电子-离子和离子-离子符合实验研究内壳层光电离的气相分子与软X射线同步辐射。该装置采用两个微通道板检测器，其配备有延迟线阳极，用于在光谱仪的一侧上同时、时间和位置分辨地检测动能高达300\，eV的光电子和俄歇电子，以及在相对侧上每单位电荷高达25\，eV的光离子。我们证明了它的能力，通过测量价光电子和离子光谱的氖和氮，并通过研究通道分辨光电子和俄歇光谱以及碎片离子动量相关性氯$2p$内壳电离的\textit{cis} -和\textit{trans}-1，2-二氯乙烯。
Enhanced effects of temporal variation of the fundamental constants in ^{2}Π_{1/2} term diatomic molecules: ^{207}Pb^{19}F
由于Ω型加倍和磁超精细相互作用能移的近似抵消，^{207}Pb^{19}F分子具有一对紧密间隔的相反宇称能级[Alphei等人，A，83，040501（2011）]。我们计算了这些能级之间的跃迁频率与精细结构常数（α）和轻夸克质量与量子色动力学标度之比（mq/Λ QCD）的关系，发现这些参数的变化大大增强了跃迁频率的相对效应。注意，α变化的影响主要是由于精细和超精细结构的相对论校正因子的显著差异而出现的。因此，我们建议^{207}Pb^{19}F分子作为研究基本常数可能随时间变化的候选系统。
Enhancement of variation of fundamental constants in ultracold atom and molecule systems near Feshbach resonances
散射长度可以在玻色-爱因斯坦凝聚体和Feshbach分子实验中测量，它对基本常数的变化非常敏感，特别是电子与质子的质量比（m_e/m_p或m_e/ Lambda_{QCD}，其中Lambda_{QCD}是QCD标度）。基于单通道和双通道散射模型，我们展示了质量比的变化如何传播到散射长度。结果表明，通过在1%水平上测量散射长度，可以在磁共振或光共振费什巴赫共振附近检测到m_e/m_p在10^{-11}~10^{-14}水平上的变化。导出的公式也可用于估计散射长度的同位素位移。
Computational insight into diatomic molecules as probes to measure the variation of the proton-to-electron mass ratio
天体物理分子光谱学是通过探测质子与电子质量比$μ$的变化来寻找新物理的重要手段。新的分子探针可以更严格地限制$μ$的变化，为新物理理论提供更好的指导。在这里，我们总结了我们以前的论文\citep{19SyMoCu.CN}的天文学家，突出的重要性，准确估计峰值分子丰度和温度，以及光谱分辨率和灵敏度的望远镜在不同区域的电磁波谱。虽然我们研究的11个天体物理双原子分子中没有一个在天体物理环境的可观察强度下显示出增强的灵敏度，但我们对有助于高灵敏度的因素有了更好的了解。从我们的研究结果来看，CN，CP，SiN和SiC显示出所有天体物理双原子分子中最有希望进行进一步研究的分子，目前正在对CN进行进一步的工作。
Probing fast oscillating scalar dark matter with atoms and molecules
轻标量暗物质与物质的标量耦合预计在几种情况下引起自然基本常数的变化。这种变化可以通过原子光谱法等方法来搜索。灵敏的原子观测值主要是由于精细结构常数或电子质量的可能变化而产生的。迄今为止，大多数搜索都集中在常数的缓慢变化上（即调制频率$<$ 1 Hz）。在最近的一项名为WReSL（周末放松搜索实验室）的实验\mbox{[Phys. Rev. Lett. 123, 141102 (2019)]}中，我们报告了对射频波段快速变化的直接搜索。这样的搜索是特别有动机的一类弛豫暗物质模型。我们讨论了WReSL实验，改进测量快速基本常数变化的进展报告，并讨论了计划的工作扩展到分子，其中快速变化的核质量可以灵敏地搜索。
Ground States of the Hydrogen Molecule and Its Molecular Ion in the Presence of Magnetic Field Using the Variational Monte Carlo Method
本文用变分Monte Carlo（VMC）方法计算了在0 a.u.和10 a.u.本计算是基于使用两种类型的紧凑和准确的试探波函数，这是提出考虑在计算能量的情况下，磁场。所获得的结果与最近的准确值进行比较。我们的结论是，VMC方法的应用可以成功地扩展到分子在磁场作用下的情况。
Sensitivity of Transitions in Internal Rotor Molecules to a Possible Variation of the Proton-to-Electron Mass Ratio
最近，甲醇被鉴定为探测质子-电子质量比$μ$的变化的敏感靶系统[Jansen \emph{et al.} Phys. Rev. Lett. \textbf{106}，100801（2011）]。甲醇的高灵敏度源于分子的整体旋转和受阻内部旋转之间的相互作用--即，将内部旋转能量转换成整体旋转能量的跃迁，或反之亦然，引起灵敏度系数$K_μ$的增强。由于内旋转是多原子分子中的常见现象，因此其他分子可能显示出类似或甚至更大的效应。在本文中，我们概括的概念，形成在甲醇中的高灵敏度的基础，并使用此来构建一个近似模型，该模型允许估计的灵敏度内转子分子与$C_{3v}$对称性的转变，而不执行一个完整的计算能级。我们发现，可以得到一个可靠的估计过渡灵敏度从三个转动常数（$A$，$B$，和$C$）和三个扭转常数（$F$，$V_3$和$ρ$）。通过比较甲醇，乙醛，乙酰胺，甲酸甲酯和乙酸的分子哈密顿量的全面分析得到的灵敏度，该模型进行了验证。从所考虑的分子，甲醇似乎是最合适的候选人，为实验室和宇宙学的测试寻找一个可能的变化$μ$。
Methyl mercaptan (CH3SH) as a probe for $μ$ variation
扭转-旋转转变的分子表现出受阻的内部旋转具有增强的灵敏度的变化的质子-电子的质量比。这种增强是由于与分子的扭转和旋转自由度相关的能量的抵消而发生的。这种效应通常发生在每个内部转子分子中，但在甲醇中特别大。本文计算了甲醇的硫醇类似物甲基异硫氰酸酯的灵敏度系数。对于低能级激发能低于10 cm $^{-1}$的跃迁，在该分子中获得的灵敏度系数范围为$K_μ=-14.8$至$+12.2$。
Detection of NaRb Feshbach molecule by photodissociation
我们演示了检测NaRb Feshbach分子在高磁场结合分子的光解离和吸收成像的光碎片。通过光谱选择的超精细塞曼能级与Na（$3P_{3/2}$）+ Rb（$5S_{1/2}$）的渐近线进行的光解过程，在自发发射和光泵浦，导致基态原子在一个单一的水平与近单位概率。在解离之后，通过检测所得到的$^{23}$ Na和$^{87}$ Rb原子来获得分子数。我们还研究了光解离过程引起的热效应，并优化了用于提取分子云温度的检测方案。该方法使$in~situ$探测NaRb Feshbach分子间的快时标碰撞动力学成为可能，并将成为研究涉及分子的少体物理的有价值的能力。
Alignment dependent enhancement of the photo-electron cutoff for multi-photon ionization of molecules
分子的多光子电离率取决于分子轴相对于电离激光偏振的取向。通过研究N $_2$、O $_2$和苯分子的框架光电子角分布，阐明了角相关电离率对光电子截止能的影响。我们发现，对齐可以提高高能量截止的光电子光谱时，探测沿节面或电离时，以其他方式抑制。这是支持使用隧道模型与一个单一的离子状态的计算。
Enhanced sensitivity to variations of fundamental constants in highly charged molecules from analytic perturbation theory
本文基于解析微扰理论提出计算灵敏度系数的方法，将其应用于高电荷极性分子PaF^3+、CeF^2+，发现这类分子的准简并振转跃迁对精细结构常数和电子-质子质量比变化具有高灵敏度，可用于基本常数变化探测。
Acetaldehyde as a molecule for testing variations of electron-to-proton mass ratio
乙醛分子用于测试电子-质子质量比变化，通过量子力学计算得出灵敏度系数范围，并限制了局部位置不变性破坏的可能范围。
Observation of spin-orbit-dependent electron scattering using long-range Rydberg molecules
我们提出了电子从中性原子散射时的自旋轨道相互作用的实验证据。散射过程发生在Rb $_2$超远程里德堡分子内，该分子由里德堡原子核、里德堡电子和基态原子组成。自旋-轨道相互作用导致分子振动谱线的特征能级分裂，我们通过光缔合光谱直接观察到。我们受益于这样一个事实，即由共振$p$波相互作用占主导地位的分子状态是特别敏感的自旋轨道相互作用。我们的工作为研究超远程里德堡分子的新自旋动力学铺平了道路。此外，它表明，分子设置可以作为一个微型实验室进行精确的散射实验中的几个meV的低能量制度。
Direct absorption imaging of ultracold polar molecules
我们证明了一个直接吸收成像的超冷基态极性分子气体的量子简并附近的计划。分子成像的一个挑战是缺乏封闭的光学循环转变。我们的技术依赖于光子散粒噪声有限的吸收成像上的一个强大的绑定绑定的分子过渡。我们提出了这种成像技术的系统表征。使用这种技术结合飞行时间（TOF）膨胀，我们证明了确定分子气体的动量和空间分布的能力。我们预计，这种成像技术将是一个强大的工具，研究分子量子气体。
Buffer-gas cooling, high-resolution spectroscopy and optical cycling of barium monofluoride molecules
我们展示了缓冲气体冷却，高分辨率光谱和循环荧光冷氟化钡（BaF）分子。我们的源产生一个强烈的和内部冷的分子束包含不同的BaF同位素，平均向前速度为190米/秒。对于138 BaF的良好准直光束，我们在我们的下游检测区域中的X2 Sigma，N=1状态中观察到超过1 e10分子/sr/脉冲的通量。研究中间A 'Delta状态的吸收线强度，我们推断出790 ± 346 ns的寿命，明显长于先前估计的寿命。最后，高对角的Franck-Condon因子和暗态的磁再混合使我们能够在138 BaF中实现准循环跃迁，这适合于将来对这种重双原子分子的激光冷却。
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