相对论框架下缪氢原子兰姆位移的高精度计算  

High Precision Computation of the Lamb Shift of the Muonic Hydrogen Atom Within the Relativistic Framework

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作  者:陈京萱 林渠铖 岳鼎 马钰卓 吴迁 陈旭荣[2,3] 王倩 CHEN Jingxuan;LIN Qucheng;YUE Ding;MA Yuzhuo;WU Qian;CHEN Xurong;WANG Qian(Key Laboratory of Atomic and Subatomic Structure and Quantum Control(MOE),Institute of Quantum Matter,South China Normal University,Guangzhou 510006,China;Institute of Modern Physics,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,China;School of Nuclear Science and Technology,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;College of Physics,Science,and Technology,Xinjiang University,Urumqi 830000,China;School of Nuclear Science and Technology,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China;Guangdong Provincial Key Laboratory of Nuclear Science,Institute of Quantum Matter,South China Normal University,Guangzhou 510006,China;Guangdong-Hong Kong Joint Laboratory of Quantum Matter,Southern Nuclear Science Computing Center,South China Normal University,Guangzhou 510006,China)

机构地区:[1]华南师范大学量子物质研究院,原子亚原子结构与量子调控教育部重点实验室,广州510006 [2]中国科学院近代物理研究所,兰州730000 [3]中国科学院大学核科学与技术学院,北京100049 [4]新疆大学物理科学与技术学院,乌鲁木齐830000 [5]兰州大学核科学与技术学院,兰州730000 [6]广东省核物质科学与技术重点实验室,广州510006 [7]华南师范大学南方核科学计算中心,粤港量子物质联合实验室,广州510006

出  处:《原子核物理评论》2024年第4期943-948,共6页Nuclear Physics Review

基  金:广东省基础与应用基础研究重大项目(2020B0301030008);中国科学院战略先导研究项目(XDB3403030)。

摘  要:对缪氢原子兰姆位移的测量是测量质子电荷半径的最有效手段之一,而对于缪氢原子兰姆位移的理论计算则是从兰姆位移的实验结果中抽取出质子电荷半径的必要途径。计算了缪氢原子的兰姆位移,系统的考虑了相对论效应对缪氢原子兰姆位移的影响。其中,真空极化效应导致的兰姆位移由Uehling等效势能来表征,而相对论效应通过Breit-Pauhli哈密顿量进行描述;本文采用精确的少体计算方法-高斯展开法,计算了缪氢原子的2S_(1/2)与2P_(1/2)的能级,发现考虑了相对论修正后的兰姆位移比不考虑相对论修正的兰姆位移大0.09 meV,且更接近实验结果。The measurement of the muonic hydrogen atom Lamb shift is one of the most fundamental ways to obtain the proton charge radius experimentally.The theoretical calculation of the muonic hydrogen atom Lamb shift is indispensable to extract the proton charge radius from the Lamb shift.In this work,we calculate the muonic hydrogen atom Lamb shift within the relativistic framework.The relativistic effect is described with the Breit-Pauli hamiltonian.The vacuum polarization effect is realized with the effective Uehling potential.With a high precision few-body method,Gaussian expansion method,we calculate the 2S_(1/2)and 2P_(1/2)levels of the muonic hydrogen atom.We find that the muonic hydrogen atom Lamb shift with considering the relativistic effect is about 0.09 meV larger than the one without considering the relativistic effect and the former one is closer to the experimental value.

关 键 词:缪子氢原子 兰姆位移 高斯展开法 

分 类 号:O571.22[理学—粒子物理与原子核物理]

 

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