反质子氦超精细结构理论与精确计算

比较质子与反质子质量、磁矩等性质以检验标准模型CPT对称性是欧洲核子研究中心反质子氦精密谱测量的研究目的。在2008年，该实验对反质子氦超精细劈裂态间跃迁频率的测量获得新的突破，实验误差为39 kHz。相应的理论计算存在高达0.4 MHz的误差，是实验误差的10倍,其中0.3 MHz的理论误差来自于尚未考虑的高阶相对论和QED效应。进一步提高理论精度，为高精度地确定反质子磁矩提供理论输入值，以突破反质子磁矩当前0.3%的精度，已经是迫在眉睫。本项目将考虑超精细劈裂高阶相对论和QED效应，致力于减小当前0.3 MHz理论误差。项目目标是确定在超精细劈裂中导致理论误差的高阶相对论和QED修正。这是理论和实验紧密结合的课题，也是原子物理与核物理的交叉课题。该课题的实施和完成将深化人们对反质子氦超精细劈裂的认识，为相应实验提供可靠的理论输入值，在测量反质子磁矩以及检验CPT对称性上具有重要意义。

反质子氦是由反质子、电子和氦原子核组成的库仑三体系统，其能级可以采用束缚态库仑三体量子电动力学（QED）高精度计算。通过与欧洲核子中心ASACUSA的激光光谱数据的比较，精密谱可以探索反质子的性质，进而检验CPT对称性。反质子氦超精细劈裂可以用来测量反质子磁矩。在最低阶修正的超精细劈裂基础上，项目计算了a^4阶QED修正，致力于包含相对论二阶修正的a^4阶相对论修正的计算。从头计算的反质子氦和氦原子基态长程相互作用的色散系数C_6的研究可以减少相关实验的碰撞误差。另外，对于D2+超精细劈裂，在Breit-Pauli算符的框架下，将超精细系数计算到9位有效位数。同时，氢分子离子精密谱的相对论和QED领头项分别计算到了8位和6位的精度。项目的实施深化了人们对反质子氦超精细劈裂的了解，对于反质子磁矩的测量以及束缚态量子电动力学的检验至关重要。