Precision spectroscopy of highly excited states in hydrogen atom

氢原子高激发态的精密光谱

基本信息

项目摘要

Joint German-Russian project aims at precise determination of the optical frequencies of the 2S-4P, 2S-6P and 2S-9P transitions in atomic hydrogen. In combination with previously measured 1S-2S frequency this allows to determine the proton charge radius and the Rydberg constant. A new value for the proton charge radius is of significant importance due to discrepancy between measurements in atomic hydrogen and recent Lamb shift measurement in muonic hydrogen. Solving this (proton charge radius puzzle) may result in more accurate value for the Rydberg constant. We plan to design new ultra-stable laser systems for excitation of the electric dipole transitions 2S-4P, 2S-6P and 2S-10P and measure transition frequencies with a target uncertainty of less than 3 kHz (spectral resolution of 1E12). To reach the desired uncertainty corresponding to 1E-4 of the line width we plan to extensively study excitation process and systematic effects such as Doppler effect, optical pumping, Stark shift and others. Along with absolute measurements of the number of transition frequencies (2S1/2-4P1/2, 3/2, 2S1/2-6P1/2,3/2, 2S1/2-9P1/2, 3/2), a detailed theoretical study of the line shape and contributions of systematic frequency shifts is planned.
德国-俄罗斯联合项目旨在精确测定氢原子2S-4P、2S-6P和2S-9 P跃迁的光学频率。结合先前测量的1 S-2S频率,这允许确定质子电荷半径和里德伯常数。一个新的值的质子电荷半径是显着的重要性,由于测量原子氢和最近的兰姆位移测量μ介子氢之间的差异。解决这个问题(质子电荷半径之谜)可能会得到更准确的里德伯常数值。我们计划设计新的超稳定激光系统,用于激发电偶极跃迁2S-4P,2S-6P和2S-10 P,并测量跃迁频率,目标不确定度小于3 kHz(光谱分辨率为1 E12)。为了达到所需的不确定性对应的1 E-4的线宽,我们计划广泛研究激发过程和系统的影响,如多普勒效应,光泵,斯塔克位移和其他。沿着对跃迁频率(2S 1/2- 4P 1/2,3/2,2S 1/2- 6P 1/2,3/2,2S 1/2- 9 P 1/2,3/2)的绝对测量,计划对谱线形状和系统频移的贡献进行详细的理论研究。

项目成果

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Precision spectroscopy of 2S–nP transitions in atomic hydrogen for a new determination of the Rydberg constant and the proton charge radius
原子氢中 2SânP 跃迁的精密光谱,用于新测定里德伯常数和质子电荷半径
  • DOI:
    10.1088/0031-8949/2015/t165/014030
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Axel Beyer;Lothar Maisenbacher;Ksenia Khabarova;Arthur Matveev;Randolf Pohl;Thomas Udem;Theodor W Haensch;Nikolai Kolachevsky
  • 通讯作者:
    Nikolai Kolachevsky
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