■本報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 荊淮僑

　　近日，中科院精密測(cè)量院（以下簡(jiǎn)稱精密測(cè)量院）研究團(tuán)隊(duì)與澳大利亞、加拿大兩國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)現(xiàn)了迄今最靈敏的測(cè)量光偶極勢(shì)的方法。通過(guò)氦原子的精確計(jì)算和精密測(cè)量，研究人員在三百萬(wàn)分之一水平上驗(yàn)證了量子電動(dòng)力學(xué)這一基本物理理論。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《科學(xué)》。

　　“氦原子幻零波長(zhǎng)檢驗(yàn)量子電動(dòng)力學(xué)的新方案最初由理論（團(tuán)隊(duì)）提出，后推動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，自2013年至今，理論與實(shí)驗(yàn)展開(kāi)了一場(chǎng)你追我趕、交替向前、多次融合的‘學(xué)術(shù)賽跑旅程’?！闭撐耐ㄓ嵶髡咧弧⒕軠y(cè)量院研究員唐麗艷談道。

　　從理論到實(shí)驗(yàn)的學(xué)術(shù)賽跑

　　量子電動(dòng)力學(xué)是描述光與物質(zhì)相互作用的基本物理理論，也是支撐現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的基石。對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)理論的嚴(yán)格檢驗(yàn)有助于確定基本物理常數(shù)、探究原子核相關(guān)性質(zhì)，以及探索超越標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理。近80年來(lái)，對(duì)該理論的檢驗(yàn)從未間斷。

　　此前量子電動(dòng)力學(xué)理論檢驗(yàn)主要依賴電子反常磁矩的精確確定、少電子原子分子精密譜研究等方法。2013年，澳大利亞查爾斯·達(dá)爾文大學(xué)教授吉米·米特里和唐麗艷首次從理論上提出“利用氦原子幻零波長(zhǎng)檢驗(yàn)量子電動(dòng)力學(xué)理論”的新方案。

　　所謂幻零波長(zhǎng)，是指當(dāng)激光調(diào)到特定的頻率時(shí)，原子單個(gè)能態(tài)的斯塔克頻移為零。唐麗艷解釋道，此時(shí)“原子感受不到電場(chǎng)的作用”，這樣“原子在激光場(chǎng)中就像‘隱形’了一樣”。

　　在理論方案提出后，中方研究人員與澳、加兩國(guó)研究團(tuán)隊(duì)合作，一方面開(kāi)展高精度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，另一方面繼續(xù)提高理論計(jì)算精度。

　　近十年磨一劍 新方法終被驗(yàn)證

　　2015年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)肯·鮑德溫實(shí)驗(yàn)小組與理論研究團(tuán)隊(duì)合作實(shí)現(xiàn)了氦原子幻零波長(zhǎng)百萬(wàn)分之五精度下的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。但這一結(jié)果與早期理論預(yù)言之間存在較大差異。為了揭示這一差異，理論團(tuán)隊(duì)自主發(fā)展了系列高精度原子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了精度為千萬(wàn)分之一水平的理論預(yù)言，推動(dòng)了新一輪國(guó)際合作。

　　在前期研究基礎(chǔ)上，自2019年起科學(xué)家們持續(xù)展開(kāi)合作研究，利用最靈敏的測(cè)量光偶極勢(shì)的方法實(shí)現(xiàn)了“隱形”氦原子幻零波長(zhǎng)精度達(dá)三百萬(wàn)分之一的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，較2015年的實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度提高了20倍。在理論研究上，科研人員精確計(jì)算了延遲效應(yīng)和磁化率對(duì)幻零波長(zhǎng)的修正，實(shí)現(xiàn)了幻零波長(zhǎng)精度達(dá)一億分之一水平的理論預(yù)言。

　　實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論計(jì)算相比較證實(shí)幻零波長(zhǎng)對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)修正和延遲效應(yīng)的敏感性，印證了唐麗艷和國(guó)外學(xué)者最早提出的理論預(yù)言。

　　唐麗艷表示，未來(lái)實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度有望提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，“在此精度下，一方面可以拓寬人們對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)理論的認(rèn)知，另一方面可能探測(cè)到原子核的相關(guān)效應(yīng)，這將為從‘隱形’原子角度探究核結(jié)構(gòu)性質(zhì)打開(kāi)新的研究窗口”。

　　“不斷挑戰(zhàn)和檢驗(yàn)描述自然規(guī)律的基本物理理論，這是增進(jìn)我們對(duì)自然界認(rèn)知的最好方法之一?！薄犊茖W(xué)》雜志副主編尤里·蘇萊曼諾夫評(píng)價(jià)認(rèn)為，該工作實(shí)驗(yàn)和理論的高精度不僅可以檢驗(yàn)量子電動(dòng)力學(xué)理論，同時(shí)也幫助科研人員探究了前期研究中忽略的物理效應(yīng)，特別是該工作在量子電動(dòng)力學(xué)理論檢驗(yàn)方案的多元化方面邁出了重要的一步。

　　相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1126/science.abk2502

　　《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2022-04-21 第1版 要聞)

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