14C的精确电荷半径测量与从头算理论的对比
Accurate Charge Radius Measurement of $^{14}$C Confronts Ab Initio Theory
- Technische Universität Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
- Helmholtz Research Academy Hesse for FAIR, GSI Darmstadt（黑森亥姆霍兹FAIR研究院）
- Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
- National Center for Computational Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室计算科学中心）
- Physics Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室物理部）
- Physics Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室物理部）
- Computational Science Division, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室计算科学部）
- INFN-TIFPA Trento Institute of Fundamental Physics and Applications（意大利国家核物理研究所特伦托基础物理与应用研究所）
- Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) and Universidad de Valencia（西班牙高等科学研究理事会与巴伦西亚大学粒子物理研究所）
- Dept. of Physics and Astronomy, Iowa State University（爱荷华州立大学物理与天文学系）
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AI总结：
本研究通过共线激光光谱法高精度测定14C电荷半径，精度较缪原子测量提升5倍，与最新从头算核理论计算存在偏差，同时为改进QED测试提供了更精确的偶偶同位素对数据。
AI中文摘要：
位于中子壳层闭合N=8处的长寿命放射性同位素14C，在地质年代学和核结构研究中发挥着关键作用。尽管14C应用广泛，但其核电荷半径的精度仍低于稳定同位素12C。本研究利用达姆施塔特工业大学COALA装置的共线激光光谱法，高精度测定了14C的电荷半径，精度较以往的缪原子测量提升了5倍，且在总不确定度下呈现1.9σ的偏差，表明缪原子测定的不确定度可能被低估。该测量对包括辅助场扩散蒙特卡罗、价空间介质中相似重整化群及结合神经网络技术的无芯壳模型在内的最先进从头算核理论计算构成挑战。目前12C与14C已成为表征最精确的偶偶同位素对之一，这些结果还可用于改进量子电动力学（QED）测试。
英文摘要：
Located at the neutron shell closure $N = 8$, the long-lived radioactive isotope $^{14}$C plays a critical role in geochronology and nuclear structure studies. Despite its widespread use, the nuclear charge radius of $^{14}$C has remained less precisely known compared to its stable counterpart $^{12}$C. Here, we report a high-precision determination of the $^{14}$C charge radius using collinear laser spectroscopy at the COALA setup at TU Darmstadt, improving upon the precision of previous muonic measurements by a factor $5$ and revealing a $1.9σ$ discrepancy of combined uncertainty, indicating a likely underestimated uncertainty in the muonic determination. This measurement challenges state-of-the-art ab initio nuclear theory calculations, including auxiliary field diffusion Monte Carlo, the valence-space in-medium similarity renormalization group, and the no-core shell model, augmented by neural-network techniques. With $^{12}$C and $^{14}$C now forming one of the most precisely characterized even-even isotope pairs, these results also enable improved QED tests.
