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Lamb shift

  根据量子力学计算,氢原子能级中轨道角动量虽不同,只要总角动量和主量子数相同,其能量就相同(在量子力学中称为简并)。例如氢原子能级2P1/2和2S1/2是简并的,3P3/2和3D3/2也是简并的等等。

  实际上,这些能级并不是严格简并,最早(1947)从实验上测量出2P1/2和2S1/2之间的能量差是W.E.兰姆和R.C.雷瑟福。正是这一原因,后来人们把这些能级差(移位)称为兰姆移位。]

  兰姆和雷瑟福用微波共振方法,直接测量了这一能级差的共振频率200711241216712-03.gifH.A.贝特第一个从理论上计算出这一能级移位。根据贝特的工作,这些移位主要是量子化的电子场与电磁场的高次相互作用引起的,即所谓的辐射修正效应。

  计算电磁辐射修正的理论是量子电动力学重正化理论。尽管这些年来实验不断改进,不断精确(是目前几个可数的精确实验之一,已精确到六七位有效数字),理论始终都与实验非常符合。因此兰姆移位实验与另外两个精确实验──电子和μ子反常磁矩实验(见μ子和电子回磁比一起构成了量子电动力学的三大实验支柱。

  目前兰姆移位的实验和理论状况如下:对于2P1/2和2S1/2的移位频率Δv,最精确的实验值由三组人给出, 它们分别为 1057.845±0.009MHz,1057.90±0.06MHz 和1057.862±0.020MHz。最新的理论值是曲两组人给出的,它们不仅考虑了辐射修正,也考虑了原子核大小等效应,它们分别为1057.930±0.010MHz和1057.884±0.013MHz(因为理论计算需要进行大量的数字计算,极其复杂,直到目前为止还没有能弄清楚两理论值的差别来源)。

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