测量原子永久电偶极矩的方法

摘要

一种测量原子永久电偶极矩的方法，将待测原子气体充入圆柱玻璃电容器中并保持气体密度一定，在高于熔点的某一温度下，通过测量不同电压下原子气体的电极化率来测量原子的永久电偶极矩。这是一种直接测量方法且实验装置相对简单。该方法能精确测出电容器内原子气体的密度，从而可以对原子永久电偶极矩进行精确测量，并能确定误差范围。解决了国际上迄今未能解决的测量难题。

主权项

1、一种测量原子永久电偶极矩的方法，其特征是包括如下步骤：a、在室温至300℃内，将圆筒式测量原子气体介电系数的电容器抽真空至气压小于10-5Pa，用数字电容表测量出真空电容Co，数字电容表的性能应满足灵敏度不低于0.1PF，测量精度不低于0.5％，测量电压不高于1.5V；b、向已抽真空的电容器注入待测原子蒸气，使容器内没有剩余的液态物质，保持容器内原子为气态；c、将电容器放人控温炉中，使之始终保持在高于熔点30℃～60℃范围内的任一温度；d、将电容器C与1.5C-8C的标准电容Cd连接，电容器C和标准电容Cd分别与交流信号源S连接，再与双踪示波器M连接，C和Cd之间有导线与双踪示波器M连接，C和Cd上的信号电压Vp(t)＝Vposinωt和Vq(t)＝Vqosinωt，具有相同的频率并由双踪示波器M进行观察，调整信号频率，当两信号电压的相位相同，这时可开始测量，Vqo调节范围至少不低于0至400V，在不同电压下，电容C可由下式测出：(Vq-Vp)/Vp＝C/Cd C＝(Vqo/Vpo-1)Cd (1)e、需测量的数据如下：Vqo可从0.1V开始进行测量，当Vqo小于1V时，电容测量值C比Co大得多且电容近似不变，记下这一电容值C1，随着电压增加，电容C会逐渐变小，当电容C≤1.1Co 时，记下这时的电压值V2＝Vpo和电容C2，同时测量实验时的温度T，两圆筒的间距H，极板面积S＝2πrl，l为金属圆筒长度；f、忽略原子的感应电偶极矩，原子气体的电极化率为x＝NPL(a)/εoE (2)L(a)＝(ea+e-a)/(ea-e-a)-/a (3)式中P代表原子的永久电偶极矩，N为单位体积内原子数，εo为真空介电系数，E为电场强度，L(a)为朗之万函数，其中a＝PE/KT，K为玻尔兹曼常数，当a＜＜1时，L(a)≈a/3，当a＞＞1时，L(a)≈1，x＝ε-1＝C/Co-1，E＝V/H和Co＝εoS/H，代入(2)式，C-Co＝SNPL(a)/V (4)当Vpo＝V1较小时，符合a＝PV1/KTH＜＜1条件，此时C1＝Co+SNP2/3KTH (5)当Vpo＝V2较大时，符合a＝PV2/KTh＞＞1条件，此时C2＝Co+SNP/V2 (6)联立求解：P＝3KTH(C1-Co)/V2(C2-Co) (7)气体密度为 N＝C2V2/SP (8)相对误差ΔP/P＝ΔT/T+ΔH/H+ΔC1/C1+ΔC2/C2+ΔV2/V2 (9)P＝P±ΔP(库仓·米) (10)这样就测出原子永久电偶极矩的大小。