对正电子湮灭原子 $\text{1}^\text{3}\text{S}_\text{1} \to \text{2}^\text{3}\text{S}_\text{1}$ 能级间的高精度连续波激光测量

我们报告了对正电子湮灭原子 $\text{1}^\text{3}\text{S}_\text{1} \to \text{2}^\text{3}\text{S}_\text{1}$ 能级间的 4.9 ppb 测量，使用连续波双光子激光光谱法。该跃迁通过同一激光激发的光电离被检测到。所产生的正电子被引导至微孔板探测器，周围有闪烁体用于检测湮灭光子的 coincidence，从而降低背景。用于提取跃迁频率的蒙特卡洛线形模拟考虑了第二序狄拉朱尔德位移和交叉 Stark 位移等效应，得到跃迁频率为 $1233607224.1(6.0)\,\text{MHz}$，与该跃迁的前一次 2.6 ppb 确定值以及最新的 QED 计算（到 $\mathcal{O}(\alpha^7\ln^2(1/\alpha))$ 级）一致，后者预测为 $1233607222.12(58)\,\text{MHz}$。将两次测量结果合并后得到 $1233607218.1(2.8)\,\text{MHz}$，将与 QED 的张力降至约 $1.4\,\sigma$。我们还提出了正电子湮灭原子 $\text{1}^\text{3}\text{S}_\text{1} \to \text{2}^\text{3}\text{S}_\text{1}$ 的半解析线形模型，该模型与详细模拟良好一致，经实验数据验证。该工作在引入有限寿命效应、光电离和交叉 Stark 位移等效应后，扩展了稳定原子的先前工作。该线形模型同样适用于其他不稳定系统，如米氏原子。这为在无需计算密集型模拟的情况下优化实验参数并获得更深入的见识提供了强大的工具。