氢原子能级的拟合

为协助从事光谱学实验的研究人员在检验量子电动力学(QED)和探测超越标准模型的新物理之工作中，需要高精度计算的原子氢能级。计算这些能级的问题有两个重要部分：准确评估来自QED的贡献，以及采用精确的质子电荷半径作为输入值。近期关于精细结构QED修正的进展，以及越来越多证据表明0.84 fm范围内的质子电荷半径优于先前采用的0.88 fm范围内较大值，推动了该领域发展，然而若干最先进的测量仍与这一较小值相矛盾。受该领域正在进行和未来工作的启发，我们在此提出一种利用所谓相对论Ritz方法在超精细结构层面对氢原子能级进行简单参数化的方法。对低到中等主量子数$n$下有限样本的QED生成能级进行拟合，可得到适用于每个不同角动量通道所有$n$值的通用公式，本工作中给出至轨道角动量数$\ell=30$。我们还提供了氢能级随质子半径偏移的一种简单线性参数化，为已有和未来的测量能级间隔提供有用的交叉检验。