Relativistic treatment of diamagnetic susceptibility of helium
本文通过包含 Dirac 和 Breit 方程中所有 $α^4$ 阶项及有限核质量修正，利用显式相关基组精确计算了氦原子的抗磁磁化率，获得了高精度结果并与实验数据进行了对比。
2023-11-19 physics.atom-ph physics.chem-ph
Application of the correlated B-spline basis functions to the leading relativistic and QED corrections of helium
B样条函数在计算原子物理中有着广泛的应用。与传统的B样条基（两个B样条的简单乘积）不同，最近发展的关联B样条基函数（C-BSBF）显式地包含了电子间坐标$r_{12}$，大大提高了极化率的计算精度[S. J. Yang \textit{et al} .，Phys. Rev. A \textbf{95}，062505（2017）]和bethe logarithm [ S. J. Yang \textit{et al} .，Phys. Rev. A \textbf{100}，042509（2019）]中的氦单重态。在这里，我们报告的扩展C-BSBF领先的相对论和QED校正计算的$1\,^1S$，$2\,^1S$，$2\,^3S$和$3\,^3S$态的氦的能级。用整体算符法计算了相对论动力学项$p_{1}^{4}$、接触势$δ^{3}(r_{1})$、$δ^{3}(r_{12})$和Araki-Sucher修正$\langle 1/r_{12}^{3} \rangle$，其中涉及的$r_{12}^n$和$r_{12}^n\ln r_{12}$是用Laplace展开式推广计算的.计算得到的基态能量分别为$δE_{rel}/α^{2}=-$ 1.951 754 7（2）和$δE_{QED}/α^{3}=$ 57.288 165（2），与以前的结果一致，这为利用C-BSBF计算高阶相对论效应和…
2023-01-13 physics.atom-ph
Quantum Electrodynamic Corrections to the g Factor of Helium P States
朗德g因子描述了原子能级对均匀恒定磁场的外部扰动的响应。在多电子系统的情况下，主导项由相互作用μ_B*（L+2S. B）给出，其中L和S分别是轨道和自旋角动量算符，对所有电子求和。对于氦，长期存在的P态的实验-理论差异促使人们重新评估相对论量子理论和量子电动力学（QED）的高阶项。相对论修正的张量结构包括标量、矢量、对称和反对称张量分量。我们执行这些运营商在笛卡尔的基础上，张量减少，使用的方法，使我们能够分离的内部原子从外部自由度（磁场）的权利，从一开始的计算。评估过程中的笛卡尔基础上的氦本征态，使用加权和的磁投影。对于相对论修正，这导致了以前的结果使用Wigner-Eckhart定理的验证。同样的方法，应用于辐射校正（贝特对数项）导致自旋相关的校正，这是不同的单重态与三重态P状态。单重态和三重态2 P和三重态3 P的理论预测，并与实验结果进行比较。
2012-09-24 hep-ph physics.atom-ph
Revisiting the helium isotope-shift puzzle with improved uncertainties from nuclear structure corrections
针对氦同位素位移测量的长期分歧，研究用贝叶斯推断量化核力手征有效场论展开截断的不确定性，发现新核结构输入反而将普通原子与μ原子的半径差差异强化至4σ。
2024-01-24 nucl-th physics.atom-ph
Theoretical transition frequencies beyond 0.1 ppb accuracy in H$_2^+$, HD$^+$, and antiprotonic helium
本文改进了氢分子离子H $_2^+$和HD $^+$的基本跃迁$(L\!=\!0,v\!=\!1)\to(L'\!=\!0,v'\!=\!0)$的跃迁频率的理论计算，并给出了相应的不确定度$4\cdot10^{-11}$和相应的不确定度$10^{-10}$ .为此，在两库仑中心近似下导出了$α(Zα)^6$阶的单圈自能修正，并在上述跃迁的情况下进行了数值计算。最后的结果还包括一套完整的其他自旋无关的修正顺序$mα^7$。还考虑了$α^2\ln^3(Zα)^{-2}(Zα)^6$的前阶校正，其允许估计尚未计算的贡献的幅度。
2014-02-06 physics.atom-ph
Analysis of nonresonant effects in the two-photon spectroscopy of helium
本文研究了氦原子跃迁频率实验测量的非共振修正。由于受到了更多的关注，这种效应可以为基于单光子和双光子原子光谱的实验做出重大贡献。在基于无多普勒双光子光谱的$2^3S_1-n^3D_1$（$ n=3,\,4,\,5 $）跃迁频率测量中，量子干涉效应被认为是当前实验和理论数据之间的差异的可能来源。我们表明，线轮廓不对称所造成的量子干涉的精细子级的$ ^3D_{J} $ $ (J=1,2,3) $状态可以达到十分之一兆赫的不同的实验条件。因此，以前未考虑的非共振校正应采取下一代实验测量的过渡频率在氦。然而，它们并不能完全消除氦光谱研究中的电流不平衡，问题仍然是开放的。
2022-04-28 physics.atom-ph
Reexamination of helium fine structure
为了解释氦原子精细结构的理论预测和实验数据之间的差异，我们检查并重新计算了所有的理论贡献，直到mα^7和m^2/Mα^6的量级。通过更精确地计算贝特对数的相对论修正，改进了先前关于mα^7修正的结果。氦中2^3P_0-2^3P_1和2^3P_1-2^3P_2精细结构间隔的理论值相应地为v_{01} = 29616946.2（1.6）kHz和v_{12} = 2291177.3（1.6）kHz，其中不确定性是由于高阶效应造成的。对于小间距ν_{12}，理论值与实验值符合，而对于大间距ν_{01}，理论值与实验值相差约3个标准差。
2009-05-19 physics.atom-ph
Hyperfine structure of excited state of muonic helium atom
利用微扰理论计算了μ子氦原子（μe ^4_2 He）$1s^{(e)}_{1/2}2s^{(μ)}_{1/2}$态超精细分裂中精细结构常数$α$的一阶和二阶反冲、真空极化和电子顶点修正以及电子与μ子和电子与α粒子质量之比.我们得到了μ子激发态超精细分裂$Δν^{hfs}=4295.66$ MHz的全部结果，由于新的修正和更精确的处理电子顶点贡献的帐户，改进了以前的计算。
2012-08-23 hep-ph physics.atom-ph
Helium fine structure theory for determination of α
本文介绍了基于量子电动力学理论计算氦原子2^3P_J态精细结构分裂的最新进展。除了对mα^7和m^2/Mα^6修正进行全面的评估外，我们还通过与轻类氦离子的所有实验结果以及与已知的单个修正的大核电荷渐近性进行比较，进行了广泛的检验。我们的理论预测仍然受到未知的mα^8项的限制，保守估计为1.7 kHz。然而，与2^3P_0 - 2^3P_2跃迁的最新实验结果[M. Smiciklas和T. Shiner，Phys. Rev. Lett. 105，123001（2010）]表明高阶贡献实际上比理论估计小得多。这意味着，如果对类氦Li^+或Be^{2+}离子的2^3P_0 - 2^3P_2跃迁进行另一次测量，α的光谱测定将得到显著改善。
2010-12-14 physics.atom-ph
QED calculation of ionization energies of $1snd$ states in helium
用量子电动力学（QED）方法计算了氦原子$1snd\,D$态的电离能.我们再现了先前已知的相对论和QED效应，达到$mα^5$阶，并通过计算完整的$mα^6$修正来扩展理论。的总贡献的$mα^6$的效果被证明是远远小于先前估计的，由于一个大的抵消之间的辐射和非辐射的部分，这种校正。作为我们的计算结果，我们证实了先前报道的测量过渡能量和理论预测之间的偏差为$nD$- $2S$和$nD$ - $2P$过渡。这种差异的可能原因进行了分析。
2020-06-23 hep-ph physics.atom-ph
QED nuclear recoil effect in helium isotope shift
本研究通过计算氦同位素位移中的量子电动力学核 recoil 效应，改进了核电荷半径差的确定方法。
2025-12-04 physics.atom-ph
QED and relativistic nuclear recoil corrections to the 413 nm tune-out wavelength for the $2\,^3S_1$ state of helium
高精度计算与He（$2\,^3S_1$）态413 nm调谐波长的精确测量的比较提供了量子电动力学（QED）的独特测试。我们进行大规模的相对论组态相互作用（RCI）计算的调谐波长，其中包括质量移动运营商，并充分考虑领先的相对论核反冲项的狄拉克-库仑-布赖特（DCB）的哈密顿量。利用微扰理论得到了量子电动力学对调谐波长的修正，并计算了有限核尺寸的影响。$2\,^3S_1(M_J=0)$和$2\,^3S_1(M_J=\pm 1)$态的最终调谐波长分别为413.084 26（4）nm和413.090 15（4）nm。与$2\,^3S_1(M_J=\pm 1)$态的413.0938（9 stat）（20 syst）nm的实验值相比，理论计算值与实验值相差1.8 $σ$，这激发了对413 nm调谐波长的进一步理论和更高精度的实验研究.此外，我们还确定了He（$2\,^3S_1$）态的静态偶极极化率的QED修正为22.5 ppm，这可能为将来的QED测试提供新的依据。
2019-03-25 physics.atom-ph
Nuclear polarizability of helium isotopes in atomic transitions
我们估计了各种氦同位素的原子跃迁频率的核极化率修正。这种效应对于量子电动力学的高精度测试或从氦原子和离子的光谱测量中精确确定核电荷半径是不可忽略的。特别地，它相当于$28(3)$ kHz的4 He+的1 S-2S跃迁。
2007-03-18 nucl-th physics.atom-ph
Quantum Electrodynamics of the Helium Atom
本文以氦原子的单重态S为例，描述了少电子原子能级的精确计算。特别地，我们导出了一套完整的有效算符，它对薛定谔能量产生O（m* α ^6）的相对论和辐射修正。这些算子的平均值可以用变分薛定谔波函数计算。
2001-03-22 hep-ph physics.atom-ph
Quasiclassical double photoionization from the 2^{1,3}S excited states of helium including shakeoff
我们考虑了2^{1，3}S氦原子激发态的不同对称性，在一个由量子shakeoff贡献增强的敲除机制的准经典描述中。因此，我们能够制定的敲除和shakeoff机制的双重光电离的任何多余的能量从2^{1，3}S状态的单独的贡献。计算了氦原子2^{1，3}S激发态的光电离比和单微分截面，结果与最近的理论结果符合得很好。
2003-03-13 physics.atom-ph
Relativistic corrections to the Bethe logarithm for the $2^3S$ and $2^3P$ states of He
通过这项工作，我们开始了一个项目，计算$α^7m$阶的QED贡献的$2^3P$ - $2^3S$跃迁能量在氦，旨在准确地确定核电荷半径$r_E$从相应的跃迁频率的测量。与从μ子氦中补充测定$r_E$一起，该项目将提供对标准模型中轻子电磁相互作用普适性的严格检验。我们报告的相对论修正的计算贝特对数的$2^3S$和$2^3P$状态，这是最数字要求的项目的一部分。
2021-02-15 physics.atom-ph
Frequency-dependent polarizability of helium including relativistic effects with nuclear recoil terms
未来的计量标准将部分地基于根据第一原理计算的物理量，而不是测量的物理量。特别是，如果能从理论上确定氦的动态极化率，其不确定度小于0.2ppm，则可建立新的压力标准。我们目前的计算频率依赖的部分，这个数量，包括相对论效应，充分考虑领先的核反冲条款，并使用高度优化的明确相关的基组。特别强调的是不确定性估计。在He-Ne激光波长为632.9908 nm时，计算得到的极化率值为1.391 811 41 a.u.具有0.1ppm的不确定性，这比最精确的极化率测量小两个数量级。我们还得到了氦折射率的密度幂的精确展开式。
2015-02-05 physics.atom-ph
Photoionization of helium-like ions in asymptotic nonrelativistic region
在非相对论微扰理论的次领先阶中，计算了高能光子单K壳层电离的截面。屏蔽修正对于轻的类氦离子特别重要。即使在中性He原子的情况下，我们的分析预测结果也与使用复杂的波函数进行的数值计算结果吻合得很好。研究了双光子与单光子光电离截面比值的普适高能行为。我们还讨论了微扰理论在反核电荷数1/Z上的快速收敛性。
2006-05-22 physics.atom-ph
Ab initio calculation of nuclear structure corrections in muonic atoms
μ子氢中兰姆位移的测量以及随后质子半径之谜的出现激发了一项致力于测量其他轻μ子原子（例如μ子氘和氦）中兰姆位移的实验活动。对于这些系统，它已被证明，双光子交换原子核结构的修正是最大的不确定性来源，从而利用实验精度提取核电荷半径的瓶颈。利用为研究轻核中的电磁反应而开发的技术和方法，最近对μ子兰姆位移的原子核结构修正的计算达到了前所未有的精度，在某些情况下将先前估计的不确定性降低了5倍。这些结果将有助于阐明质子半径之谜的性质和其他悬而未决的问题有关it. In这里，我们审查和更新μ介子氘和氚原子，μ介子氦-3和氦-4离子的计算。我们提出了一个彻底的推导的形式主义和讨论的结果，在其他方法可用。我们还描述了如何评估理论的不确定性，其中的语言的手征有效场论，体现了一个系统的方法，可以进一步利用在未来。
2018-06-08 nucl-th physics.atom-ph
Energy levels of mesonic helium in quantum electrodynamics
基于变分法和高斯形式波函数，解析计算了π子氦和K子氦的能级、束缚态能量及跃迁频率，为实验研究提供理论预测。
2023-11-19 hep-ph physics.atom-ph
QED calculations of energy levels of helium-like ions with $5 \leq Z \leq 30$
本文计算了类氦离子基态和$n = 2$激发态的核结合强度参数$Zα$的所有量级的双电子QED效应。从全阶结果中减去$Zα$展开式的第一项后，我们确定了$mα^7$阶和更高阶的高阶QED效应。将高阶余项与[V.A.]中通过阶$mα^6$完成的结果相结合。Yerokhin和K. Pachucki，Phys.Rev.A81，022507（2010）]，我们获得了类氦离子与$Z = 5-30$的基态和非混合$n=2$态的最准确的理论预测。对于混合$2^1 P_1$和$2^3 P_1$状态，我们通过评估高阶混合校正扩展了以前的计算，并表明它定义了$Z > 10$的$LS$耦合的理论计算的不确定性。
2022-06-28 physics.atom-ph
Spin-orbit corrections of order $mα^6$ to the fine structure of $(37,35)$ state in $^4{He}^+\bar{p}$ atom
本文对反质子氦-4原子$(37,35)$态超精细子能级间的射频间隔进行了精确的数值计算。理论上考虑了量子电动力学对电子自旋轨道相互作用的$mα^6$级修正。利用非相对论量子电动力学（NRQED）的形式导出了有效哈密顿量。
2009-08-11 physics.atom-ph
Theoretical energy levels of $1sns$ and $1snp$ states of helium-like ions
用$n=3$- $7$计算了氦原子从碳到铀等电子序列中离子的$1sns$和$1snp$态的能级。计算是在相对论组态相互作用方法，包括相对论核反冲效应，领先的QED效应，和Breit相互作用的频率依赖性。所有的理论能量都提供了不确定性估计。
2019-08-16 physics.atom-ph
On highly accurate calculations of the excited $n^1S(L = 0)-$states in helium atoms
本文以很高的数值精度计算了双电子氦原子（包括${}^{\infty}$ He，${}^4$ He和${}^3$ He原子）的$2^1S(L = 0)-$激发态的总能量和各种束缚态性质。讨论了某些电子-核和电子-电子期望值，特别是电子-核和电子-电子尖点值的结果的收敛性。对${}^4$ He和${}^3$ He原子中的$2^1S(L = 0)-$态，计算了同位素位移的场分量和最低阶QED修正.我们还将我们的高精度方法应用于双电子原子系统中激发态$n^1S-$的数值计算（对于$n$ = 3和4）。
2011-02-25 physics.atom-ph quant-ph
Two-photon atomic level widths at finite temperatures
利用束缚电子热双圈自能修正的虚部计算了氢和类氢氦离子激发态能级的热双光子能级展宽，所有推导都是在有限温度下严格量子电动力学框架下进行的，适用于类氢离子.在此基础上，我们发现黑体辐射对能级展宽的贡献与通常的受激双光子衰变和热光子喇曼散射引起的谱线展宽有着根本的不同。对氢原子和单电离氦原子$2s$态双光子宽度的双圈热修正的数值计算表明，该效应可以显著超过通常计算中包含的高阶相对论和辐射QED修正.此外，热双回路自能校正显着超过了“普通”的受激单光子在相关的实验室温度下的人口减少率。在这项工作中，进行了详细的分析和相应的比较与现有的实验室测量中的类H离子的效果。
2020-06-06 physics.atom-ph
Nonrelativistic energy levels of helium atom
计算了氦原子$S$、$P$、$D$和$F$态的非相对论电离能.计算是基于变分法的“指数”扩展。计算的能级的收敛性作为基函数$N$的数量的函数进行了研究。这使得我们可以声称，获得的能量值（包括具有非零角动量的状态的值）精确到28-35位有效数字。计算了负氢离子H $^-$的非相对论电离能。
2018-10-26 physics.atom-ph
Relativistic full-configuration-interaction calculations of magic wavelengths for the $2\,^3S_1\rightarrow2\,^1S_0$ transition of helium isotopes
基于Dirac-Coulomb-Breit（DCB）哈密顿量，对氦原子的$2\,^1S_0$和$2\,^3S_1$态进行了大尺度全组态相互作用计算.在DCB框架中直接引入了正常质量位移和比质量位移的算符，以考虑有限核质量修正。通过对哈密顿量的一次对角化，得到了主量子数n至13的高精度能量和矩阵元。利用中间态求和规则计算了动态偶极极化率。并在氦原子的$2\,^3S_1\rightarrow2\,^1S_0$跃迁中发现了一系列包含QED和超精细效应的幻波。此外，高阶AC斯塔克位移所确定的动态超极化率在魔波长也进行了评估。由于最有希望在实验中应用的幻波长是319.8 nm，因此$^4$ He的高精度幻波长319.815 3（6）nm与最近的测量值319.815 92（15）nm非常一致[Nature Physics（2018）/arXiv：1804.06693]，并呈现319.830 2的魔术波长（7）为今后设计光学偶极阱精确测定氦原子核电荷半径提供了理论支持。
2018-09-30 physics.atom-ph
Helium-like and Lithium-like ions: Ground state energy
结果表明，类氦离子和类锂离子静态核的非相对论基态能量可以在核电荷的全物理范围内用$Z$进行插值，其精度不低于6位小数（d.d.）或7-8位有效数字（s.d.）利用亚纯函数在适当的变量和一些自由参数。结果表明，有限核质量效应不改变4-5 s. d。对于2-，3-电子系统的$Z \in [1,50]$，主要的相对论修正和QED修正保持3-4 s.d.不变。在2-电子系统的基态能量下，$Z \in [1,12]$的计算结果与实验结果吻合较好。所提出的插值的一个意义是在构造统一的{ \it两点} Pade逼近（对于小的和大的$Z$展开）时在中间$Z$处拟合一些参数。
2017-11-23 physics.atom-ph quant-ph
Reexamination of vacuum-polarization corrections to the self-energy in muonic bound systems
本文重新检验了μ子束缚系统中自能的真空极化修正，发现联合效应在Z=1-6系统中可造成百分之几水平的扰动，并更新了μ氢、μ氘和μ氦的修正处理。
2024-09-26 hep-ph physics.atom-ph
Radiative nonrecoil nuclear finite size corrections of order $α(Z α)^5$ to the Lamb shift in light muonic atoms
基于量子电动力学中的准势方法，计算了μ子氢和氦原子核兰姆位移的$α(Z α)^5$级辐射修正。为了构造对能谱有必要贡献的粒子相互作用势，我们采用了对自旋确定的态投影算符的方法。得到了μ子自能、μ子顶点算符和振幅随生成光子的贡献的解析表达式。我们也提出了这些贡献的数值结果，使用现代实验数据的电磁形状因子的轻核。
2017-06-29 hep-ph physics.atom-ph
