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        MPIK 的研究人员为类锂锡中的结合电子 g 因子提出了新的实验和理论结果，该锡的核电荷比以前的任何测量都高得多。 实验精度达到了十亿分之 0.5 的水平。 使用增强的电子间 QED 方法，g 因子的理论预测精度达到十亿分之 6。

         量子电动力学 - 精密

         量子电动力学 （QED） 的竞争是描述包括光（光子）在内的所有电磁现象的基本理论。 同时，它是物理学中测试最精确的理论。 它已经过各种严格的测试，最高可达十亿分之 0.1。 但正是这个理论的力量驱使物理学家对其进行了更严格的测试并探索其可能的极限。 任何重大偏差都将提示新的物理学。

         QED 了解两者之间的电磁相互作用带电粒子作为“虚拟”光子的交换——原子中的电子相互之间以及与原子核“交谈”的方式——以及通过光子的发射和重吸收与自身交换的方式，这种 QED 效应称为“自能”。 此外，事实证明，物理真空并不是空的，而是充满了虚拟粒子，例如电子-正电子对，这些粒子总是“无中生有”，但必须在量子物理学的不确定性原理设定的范围内消失。 虽然这听起来可能很诡异，它只是解释 1940 年代原子物理学实验的基本物理学的方式。

         最先进的 QED 现象是电子的 g 因子，它描述了其机械特性（内禀角动量：自旋）和磁特性之间的关系。 根据狄拉克理论（相对论量子力学），自由电子的 g 因子应该正好是 2。 但是，各种 QED 交互会发生变化g因子，并导致与值 2 的偏差很小但可精确测量。 QED 效应以强烈的非线性方式依赖于外部场。 由于重元素中的高核电荷，电子会经历极高的电场。 最简单的系统是类氢高电荷离子，它们已经在理论和实验上进行了研究，并取得了巨大的成功 [1]。

         在一项联合合作的实验理论工作中，马克斯普朗克的研究人员海德堡核物理研究所现在已经研究了类锂锡中最外层束缚电子的 g 因子。 该系统类似于氢，但增加了与内部原子壳的两个紧密结合的电子的相互作用。

         理论：初始 QED 计算

         初始计算在基本层面上考虑了成分之间的所有电磁相互作用 - 这里是类锂离子 - 包括一定程度的 QED 效应。电子交换光子的电子结构效应被纳入计算中，以及 QED 屏蔽效应，其中电子与其他电子以及自身或真空相互作用。 通过使用从最近测量的类氢锡 [33] 中提取的双环 QED 贡献，进一步改进了对类锂电子情况的缩放。 这产生了对

         的“实验增强”理论预测gth= 1.980 354 797（12）

        ，括号中给出了不确定性。 与类似氢气的情况相比，这总体上提高了 25 倍。

         实验：计数自旋翻转

         使用 MPIK 的低温 Penning 捕集阱 ALPHATRAP 测量结合电子的 g因子。 陷阱内部的强磁场导致受磁场限制的离子的特征运动，以及外部电子的自旋（如微小的磁性）的进动陀螺。 可以从离子的运动频率与岁差频率的比率中提取 Thegfactor，同时从此计算中消除磁场。 离子运动可以直接从“精密捕集阱”捕集电极中的小感应电信号中检测到。 为了确定岁差频率，微波辐射被发送到陷阱中，这可以引起自旋翻转，即自旋方向的改变（由于量化，只有两个可测量的自旋状态“向上”和“向下”）。 当微波与进动频率谐振匹配时，自旋翻转的速率达到最大值。

         结果和展望

         类锂锡离子的 g 因子的实验值为

         gexp= 1.980 354 799 750（84）stat（54）sys（944）ext

        ，括号中给出了统计、系统和外部不确定性。 外部不确定性以离子质量不确定性为主，目前限制了实验准确性。 整体精度为十亿分之 0.5。 实验结果与上述给出的理论预测在计算的不确定性下吻合较好。 在实验方面，如果受到理论进步的推动，可以将质量值的精度提高一个数量级以上，从而提高 thegfactor 的精度是可行的。 未来，208Pb79 等较重的类锂系统的测量以及双回路 QED 计算将在使用高电荷离子的强电场状态下提供更好的测试。 这里为电子间 QED 效应开发的先进理论方法可以应用于更复杂的离子（类硼或碳）、中性原子中的奇偶校验非守恒跃迁和其他效应的 tog 因子计算。