最重二电子离子极限场中量子电动力学的新测试

发布时间：2024-01-30 16:38:32 栏目：精选百科

导读 近日，国际研究团队成功对最简单、最重的多电子原子体系类氦铀进行了高精度X射线光谱测量。所获得的结果首次在该领域中解开并分别测试高阶(

近日，国际研究团队成功对最简单、最重的多电子原子体系类氦铀进行了高精度X射线光谱测量。所获得的结果首次在该领域中解开并分别测试高阶(双环)单电子和双电子量子电动力学(QED)效应，并为量子电动力学(QED)领域树立了新的重要基准。强场域。此外，所达到的百万分之 37 的精度允许区分过去几十年中开发的用于描述类 He 系统的不同理论方法。测量在达姆施塔特 GSI/FAIR 的实验存储环 (ESR) 中进行，属于 FAIR 第0 阶段研究计划。该研究小组由法国国家科学研究中心和法国索邦大学(巴黎纳米科学研究所)领导，成员包括来自 GSI/FAIR、耶拿亥姆霍兹研究所和耶拿弗里德里希·席勒大学的科学家。科学杂志《自然》。



量子电动力学(QED)是描述光与物质之间相互作用的量子场论，是标准模型的重要基石之一。 QED 通常被认为是经过最好测试的量子场论。然而，最近对μ子旋磁因子和正电子素精细结构的精确测量显示出与理论预测的显着差异，强调需要新的补充测试。

目前，最严格的 QED 测试是基于在相对较低的电磁场强度和轻原子和离子领域进行的极其精确的研究，其中扰动方法可以在 QED 计算中有效地实现。在重离子极端场的情况下，QED 计算进入一个性质不同的非微扰状态(相对于核电荷)，这使得准确的理论预测具有挑战性。该领域的实验同样具有挑战性，因此强场中的 QED 测试目前缺乏轻原子所达到的高精度。需要进行新的测试，特别是在重离子极端场的情况下，由于重核极强的电磁场，QED 效应大大增强，达到比当今可用的最强烈的激光场高几个数量级。

GSI/FAIR 目前是全球独一无二的场所，可以产生任何所需电荷状态的最重离子，随后进行加速和剥离，然后冷却并存储在专用存储环 ESR 中。国际研究团队利用ESR对最简单、最重的多电子原子系统——类氦铀(具有两个束缚电子)进行了基于精密X射线光谱的新严格测试，并将其跃迁能与能量进行了比较。类锂(三个电子)和类铍铀离子(四个电子)中的类似跃迁。

为了进行测量，专门构建了布拉格晶体光谱仪并将其安装在 ESR 的气体喷射相互作用室中。与过去的实验不同，实施了一种基于移动和静止能量参考相结合的新校准方法。这种新方法(以及其他改进)使绝对跃迁能量的精度提高了几乎一个数量级。所获得的百万分之 37 的精度首次允许高 Z 类氦离子测试高阶 QED 效应，并为强场域 QED 树立了新的重要基准。此外，这样的精度使得能够区分过去几十年发展的不同理论模型和近似值。此外，通过比较不同铀离子的跃迁能量，单电子和多电子 QED 贡献可以首次在如此高场状态下清晰地分离。