X射线光谱仪首次完成最重原子精确测量

据德国耶拿·弗里德里希·席勒大学官网25日报道，包括该校科学家在内的一个国际研究团队首次对已知最重的高度离子化原子类氦铀进行了超精确X射线光谱测量。他们成功在最重原子核的超强库仑场中，解开并分别测试了单电子双环和双电子的量子电动力学效应。这项研究有助揭示一个长久以来的秘密：在物质最内部，是什么将世界紧密维系在一起。相关论文发表于1月24日出版的最新一期《自然》杂志。

实验装置图（图片来源于《自然》杂志）

来自波兰、法国、葡萄牙和德国的科学家参与了此次实验。研究人员指出，此次实验的特殊部分是对最重稳定原子开展测量，重点是其电子在不同轨道之间的跃迁。

实验在德国亥姆霍兹重离子研究中心（GSI）/国际反质子与离子研究装置上进行。这是几个欧洲国家共同使用的粒子加速器复合体，包括一个周长超过100米的离子储存环和一个超过一公里的加速器。

在整个测量过程中，研究团队首先蒸发铀，并将其运行速度加速到光速的40%左右。随后，他们将得到的材料通过一种特殊的薄膜输送，并让其在这个过程中失去电子。获得加速的电子被引导到一个存储环内，并在此处围绕一条圆形路径“狂奔”。

这些自由电子通过光谱仪每秒闪烁5000万次，偶尔他们可使用专用的布拉格晶体光谱仪测量电子跃迁。这种特殊弯曲光谱仪的关键是由锗元素制成的特殊弯曲晶体，晶体像纸张一样纤薄，放在一个特殊的玻璃模具内。

研究团队表示，当测量原子序数为1的氢原子时，他们可将电子跃迁精确测量到小数点后13位。对于原子序数为92的铀，测量已精确到小数点后5位。