摘要：研究小组在确定原子核的基本特性方面取得了重大突破。该小组在Muonic Helium-3上进行了激光光谱实验。 Muonic Helium-3是一种特殊的氦气形式，在该氦气中，原子的两个电子被一个更重的雄性所取代。...

由约翰内斯·古腾堡大学（JUHANNES GUTENBERG UNICACE MAINZ（JGU））物理研究所Randolf Pohl教授领导的研究团队在确定原子核的基本特性方面取得了重大突破。该小组首次在瑞士的Paul Scherrer Institute上对Muonic Helium-3进行了激光光谱实验。 Muonic Helium-3是一种特殊的氦气形式，其中原子的两个电子被单个较重的muon取代。昨天，结果已发表在期刊上科学。

Randolf Pohl说：“我们使用Muonic Helium-3进行的实验为该核的充电半径提供了最准确的值。”⁺JGU的卓越群。 “这主要是因为与常规原子中的电子相比，重型隆起的轨道比电子更接近原子核，这使其对核的大小和结构更为敏感。”氦核总是由两个质子组成 - 这就是将它们定义为氦气的原因。不同的同位素由细胞核中的中子数的数量（氦-3）与两个质子旁边的一个中子中子区分开来，而较重的氦4包含两个中子。几年前，Pohl教授的团队已经使用激光光谱和MUONS成功测量了Helium-4。

测量确认理论模型

传统上，核半径是使用粒子加速器（例如JGU的MAMI或将来的MESA）确定的。但是，从Muonic氦测量值获得的新值更精确了15倍，为1.97007±0.00097 femtometerter。以前，具有电子的激光光谱已成功地应用于最轻的原子核，例如氢和氘。对于氦气，也存在高度精确的测量值，但是氦原子中两个电子的存在使理论计算更加复杂，从而阻止了仅凭此类测量值准确地确定核半径。然而，已经有可能确定各种氦同位素之间的电荷半径差（具有相同数量的质子但中子数不同的核）。 Muonic氦测量结果的新结果与阿姆斯特丹研究小组进行的常规氦的最新实验息息相关，该实验也发表在科学， 昨天。

“结合我们对Muonic Helium-4的早期结果，该结果发表在自然在2021年，我们现在能够精确确定氦3和氦4之间的电荷半径差 - 这是一个重要的进步。” Pohl说。

Prisma中理论与实验之间的紧密相互作用⁺卓越群

美因兹和阿姆斯特丹团队进行的测量之间的强烈一致性证实了有关最轻原子核的核物理学的现有知识。这些知识部分基于核结构的关键理论计算，也在Prisma内进行⁺卓越群。

Sonia Bacca教授的团队计算了Muon对氦核结构的影响，而Marc Vanderhaeghen教授和Franziska Hagelstein博士探索了质子和中子的作用。这些理论基础使从精确的实验数据中提取了有关原子核的可靠信息。

Pohl解释说：“准确的核电电荷半径知识对于确定基本物理常数（例如瑞德伯格常数）至关重要。” “这对于寻找新物理学的搜索也至关重要 - 标准模型中尚未包含的颗粒和力。以前缺乏该领域的数据引入了严重的不确定性。”

精确测量其他原子核计划的

Looking ahead, the team of experimental and theoretical physicists at Mainz plans to apply their methods to other atomic nuclei -- from lithium to neon -- with ten times the accuracy compared to particle accelerator-based methods.他们将使用创新的X射线探测器，而不是激光器。 This work, like the previous experiments led by Pohl's group, is supported by the German Research Foundation (DFG) as part of the Collaborative Research Center 1660 at JGU.