《精密原子結構計算及外場效應理論研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由史庭雲擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：精密原子結構計算及外場效應理論研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：史庭雲
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
原子結構的精密計算與原子對外場回響性質的精細刻畫是精密測量物理的重要組成部分，也是量子電動力學(QED)和基本對稱性的高精度檢驗以及原子鐘系統誤差分析的理論基礎。本項目擬計算氦原子與類氦輕離子低激發能級的高階相對論和QED修正，目標精度達到10到12位有效數字，精細結構劈裂目標精度達到8-9位有效數字；發展包含相對論與QED效應的氦原子低激發態的光場回響理論，高精度確定氦原子幻零波長和幻波長，與澳大利亞國立大學（ANU）同步開展的實驗比較，提供QED理論的高精度非能譜檢驗；發展高精度相對論多電子原子結構理論，計算其對外場的回響性質，探索與原子鐘和基本對稱性檢驗體系相關的躍遷振子強度的高精度測量方案，為原子鐘系統誤差分析及新型光鐘的設計提供重要理論數據。該項目對束縛三體QED理論檢驗、精細結構常數的光譜確定、原子核電荷半徑測定以及基於光鐘平台的精密測量實驗設計有重要的意義。
結題摘要
低Z少電子原子結構理論與計算在基本理論檢驗、基本物理常數確定、原子核性質的獲取等方面有不可或缺的作用，高Z多電子原子/離子體系是原子鐘和基本對稱性檢驗首選體系，發展高精度的原子結構理論，研究其對外場的回響性質是精密測量物理的重要研究內容。本項目在氦原子與Li+能級與精細結構精密計算、氦原子極化率高精度計算以及相對論原子結構理論與外場效應開展了系統深入的研究，取得的主要創新成果如下： （1）實現了氦原子與Li+離子低能態二階相對論（含反衝）與QED修正精密計算，通過與華沙大學Pachucki團隊結果進行了逐項比對，獨立驗證了氦原子低能態計算結果的正確性，首次得到了類氦Li+離子低能態二階相對論反衝修正的結果。 （2）發展了基於B樣條基組的非相對論和相對論組態相互作用方法，通過並行算法實現了大規模組態計算，獲得了高精度的能級與躍遷性質。在此基礎上確定了氦原子1557nm雙禁戒躍遷下的系列幻波長，部分預言已被高精度實驗證實；系統計算了氦原子亞穩態（23^S）413 nm幻零波長的有限核質量、相對論以及QED修正，得到了高精度的理論預言值：413.09015(4)nm, 較2015年實驗測量值413.0938(9stat)(20sys)精度好50倍，推動了實驗工作的進一步開展並促成了國際合作。 （3）發展了具有完全智慧財產權的基於B樣條基組的相對論耦合簇理論方法，計算了Fr原子的離化能、躍遷約化矩陣元、激發態態壽命、極化率等原子性質，證實了方法的可靠性。在單價電子近似下，計算了PNC和EDM研究的重要體系Tl原子的能譜及外場回響性質，給出了系列躍遷對應的幻波長。採用多種相對論多體理論方法，系統計算了Ca+的場移常數、磁偶極和電四極超精細結構常數、朗德g因子和電四極矩5個物理量，給出了不同的電子關聯模型對上述5個物理量的計算結果的影響。
