锂原子里德堡D态电离能与精细结构分裂的高精度计算研究

《Atomic Data and Nuclear Data Tables》：High precision calculations of the ionization energies and fine-structure splittings of the Rydberg D states of lithium atom

本文对锂原子nD态（3≤n≤10）进行了当前最精确的理论计算。采用Hylleraas坐标下的Rayleigh–Ritz变分法求解非相对论能量，并微扰计算了领头阶相对论与量子电动力学（QED）修正。研究获得了高精度的电离能、精细结构分裂及nD?2P跃迁频率，理论精度在所有情况下均比现有实验数据至少高出一个数量级。计算结果与部分实验数据吻合良好，但与另一些存在显著差异，表明某些实验的不确定度可能被低估。这些结果为未来锂原子的实验与理论研究提供了基准值，同时亦给出了n′P→nD跃迁的高精度振子强度。

　　

亮点

（本部分为文档的“结果与讨论”和“总结”章节的整合性翻译，采用更具生命科学隐喻和生动性的表述，保留小标题，专业术语标注英文缩写，并去除了引用和图表标识。）

结果与讨论

基于前文表格中的数据与公式，我们对3D到10D态的电离能、精细结构分裂，以及nD态（3≤n≤10）到2P态的跃迁频率进行了计算。电离能、精细结构分裂、跃迁频率及其各分量的详细数据汇总于多张表格中，并与现有实验数据进行了比对。我们的理论预测在所有情况下，其精度都比现有的实验数据至少高出一个数量级。在一些情况下，我们的计算结果与实验数据展现出极佳的一致性；然而，在另一些情况下，则存在显著的差异。这些差异强烈暗示，某些实验结果的测量不确定度可能被低估了。因此，我们的计算值为未来锂原子的理论和实验研究设定了新的、更为精确的基准。

总结

在这项工作中，我们系统性地计算了nD态（3≤n≤10）的非相对论能量、领头阶相对论与量子电动力学（QED）修正以及有限核质量效应。此外，我们还对高阶QED效应进行了估算。基于这些计算，我们获得了这些态的高精度电离能和精细结构分裂、从nD态到2P态的跃迁频率，以及n′P→nD跃迁（其中2≤n′≤10且3≤n≤10）的非相对论振子强度。我们的结果不仅为相关领域提供了目前最精确的理论参考值，也揭示了部分现有实验数据在精度评估上可能存在的问题，对未来旨在探索原子基本结构和检验基本物理理论的高精度光谱实验具有重要的指导意义。