氦原子核半径测量精度提升五倍，验证量子电动力学理论

近日，原子物理学家们通过一项精密实验，成功将氦原子核半径的测量精度提升了五倍。该研究团队利用muon（μ子）替代氦原子原有的两个电子，构建了“muonic helium ion”（μ介子氦离子）。

实验过程极具挑战性，首先需要通过质子加速器碰撞碳靶产生π介子，后者再衰变为寿命仅为两微秒的μ子。随后，将μ子注入氦气中，使其与氦原子碰撞并最终被捕获，取代氦原子的电子，形成μ介子氦离子。

接着，研究人员通过特定频率的激光照射这些离子，促使μ子从一个较低能级跃迁至一个不稳定的较高能级。当μ子重新跌落回更稳定的基态时，会发射出X射线，这标志着能级跃迁的完成。激光的能量差直接关联着μ子能级的能量差，从而能够精确计算出氦原子核的半径，其结果为1.67824飞米（fm）。

此次测量结果与现有理论值高度吻合，但精度显著提高。这一成果不仅是对量子电动力学等基础物理理论的有力验证，也为未来在更高精度下探索可能存在的未知物理现象奠定了基础，显示出基础科学研究的持续价值。

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