μ 子氦 - 3 离子激光光谱法测定氦核电荷半径及对核结构与量子电动力学研究的意义

类氢轻 μ 子离子（负 μ 子替代电子）是核结构的高灵敏度探针。研究人员通过脉冲激光光谱法测量 μ?3He?离子的 3 个 2S-2P 跃迁，提取兰姆位移、2P 精细结构分裂及 2S 超精细分裂，测得氦核（3He）电荷半径 r?=1.97007 (94) fm，精度较电子散射提高 15 倍，为少核子理论及量子电动力学（QED）精密检验提供基准。

　　

轻原子核电荷半径的精确测量可推动原子能级理论发展并深化对原子核本身的理解。类氢轻 μ 子离子（其中一个负 μ 子（μ?）替代所有电子）是探测核结构的高灵敏度工具。本研究利用脉冲激光光谱法，对由负 μ 子与裸氦 - 3（3He）核形成的 μ 子氦 - 3 离子（μ?3He?）的三个 2S-2P 跃迁进行测量，得以提取兰姆位移（Lamb shift）、2P 精细结构（fine structure）分裂及 2S 超精细（hyperfine）分裂。通过将测量结果与理论对比，确定氦核（3He nucleus，又称 helion）的均方根电荷半径为 r?=1.97007 (94) 飞米（fm），与弹性电子散射结果吻合良好，但精度提高 15 倍。研究结果为少核子理论提供基准，并为氦原子及离子体系中精密量子电动力学（QED）检验开辟新路径。