精密测量院在氦原子核电荷半径研究方面取得重要进展

近日，精密测量院原子分子外场理论研究团队联合加拿大新不伦瑞克大学、浙江理工大学、海南大学等科研机构，在氦原子同位素位移研究方面取得重要进展，成功解决了“氦原子核电荷半径方差之谜”。

此前，基于氢原子与缪氢原子光谱测量所确定的质子电荷半径存在显著差异，“质子半径之谜”已困扰学界近十五年。近年来，在氢原子体系中，不同实验测得的质子半径结果日益分化，其成因始终未明。氦核系统也面临着类似的难题。

氦-3与氦-4核电荷半径平方差图，箭头所指位置为本研究结果

针对这一难题，精密测量院原子分子外场理论研究组及其合作者从理论层面引入了³He超精细结构中的单重态与三重态的混合效应。研究发现，这一此前被忽视的效应正是导致实验结果出现偏差的关键因素。该研究不仅消除了氦同位素核电荷半径测量中的显著差异，增强了当前电子与缪子原子理论框架的可靠性，也为标准模型中轻子普适性的成立提供了有力证据，为未来开展更高精度的量子电动力学检验及探索潜在新物理奠定了坚实的理论基础。

相关研究成果以Letter形式发表在《Physical Review Research》期刊上。论文第一作者为精密测量院博士毕业生戚晓秋，通讯作者为精密测量院研究员史庭云和海南大学教授钟振祥。

该项工作得到了国家自然科学基金和浙江理工大学科学基金等项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.7.L022020