高精度少體原子分子精密譜實驗與理論研究在檢驗束縛態(tài)QED理論、確定基本物理常數(shù)、獲取原子核結(jié)構(gòu)信息以及探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理中有著重要的應(yīng)用，是當(dāng)前國際精密測量物理的重點方向之一。

　　精密測量院研究員高克林領(lǐng)導(dǎo)的囚禁離子物理研究組、研究員史庭云領(lǐng)導(dǎo)的原子分子外場理論研究組，加拿大新不倫瑞克大學(xué)教授嚴(yán)宗朝和加拿大溫莎大學(xué)教授G. W. F. Drake合作開展類氦鋰離子精密譜研究逾十年，近期在鋰離子精密譜研究中取得了重要進(jìn)展，精確確定了鋰原子核的電磁分布半徑（Zemach半徑）。相關(guān)研究發(fā)表在物理學(xué)權(quán)威期刊Phys. Rev. Lett和Phys. Rev. A上。

　　在實驗方面，針對國際上同類實驗的主要問題，研究團(tuán)隊研制了更加穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)Li⁺離子源、采用了穩(wěn)頻于波長計的548nm探測光和快速交替掃描并Doppler-Free的飽和熒光光譜方案，并利用飛秒光梳對探測光頻率進(jìn)行了精確測量，實現(xiàn)了⁷Li⁺離子2³P態(tài)精細(xì)結(jié)構(gòu)以及2³S和2³P態(tài)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)的高精度測量，精度優(yōu)于100kHz（見圖一），比國際上最精確的實驗值在精度上提高了一個數(shù)量級。

      在理論方面，研究團(tuán)隊首次計算了包括高階量子電動力學(xué)（QED）效應(yīng)在內(nèi)的^6,7Li⁺離子2³S 和2³P態(tài)的超精細(xì)劈裂，精度較之前的文獻(xiàn)結(jié)果提高了一個數(shù)量級。通過比較^6,7Li⁺離子的理論計算和實驗測量值，發(fā)現(xiàn)由⁶Li+的2³S態(tài)超精細(xì)劈裂確定的Zemach半徑與核物理方法（NP）得到的相應(yīng)值存在6個標(biāo)準(zhǔn)誤差，確認(rèn)了⁷Li的核電磁分布半徑比⁶Li的大40%這一反常現(xiàn)象。此外，這項研究確定的⁶Li和⁷Li原子核的Zemach半徑與基于中性^6,7Li原子定出的Zemach半徑分別存在1.5和2.2個標(biāo)準(zhǔn)誤差(見圖二)。這將進(jìn)一步促進(jìn)Li⁺和Li精密光譜實驗和理論研究，同時將推動少核子體系核結(jié)構(gòu)理論與實驗的開展。　　　　

　　此項基于原子精密光譜的工作，其特點是獨立于原子核模型；它將為揭示鋰原子核結(jié)構(gòu)、特別是⁶Li核的奇特性質(zhì)以及檢驗相關(guān)的核結(jié)構(gòu)模型提供重要的依據(jù)（benchmark）。隨著原子光譜精度的不斷提高，越來越多的核效應(yīng)將在原子譜線中得到體現(xiàn)。因此，原子的精密譜研究將成為探測原子核效應(yīng)的一扇重要窗口，是核物理進(jìn)入精密時代的獨特研究平臺。

　　以上研究成果發(fā)表于Phys. Rev. Lett. 125, 183002(2020)和Phys. Rev. A 102, 030801(R) (2020)。博士研究生戚曉秋和副研究員張佩佩為RPL文章的共同第一作者，研究員鐘振祥、管樺為PRL文章的共同通訊作者；管樺和博士后陳邵龍為PRA文章共同第一作者，張佩佩和高克林為PRA文章共同通訊作者。

　　以上研究工作得到了科技部973項目“基于精密測量物理的引力及相關(guān)物理規(guī)律研究”、中科院先導(dǎo)專項B項目“基于原子的精密測量物理”、中科院院級科研儀器設(shè)備研制項目以及基金委相關(guān)項目的資助。

　　論文鏈接: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.183002

　　PRA: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.102.030801