3月6日，记者从深圳综合粒子设施研究院获悉，该院研究员孙羽、中国科学技术大学教授邹长铃、胡水明等合作，在氦原子光谱测量研究方面取得新突破，揭示了量子力学后选择效应对氦原子光谱跃迁频率精密测量的显著影响。相关研究成果发表在《科学进展》上。
后选择效应作为量子力学中的一种有趣现象，常被用来放大微弱信号以提高测量灵敏度。研究团队在精密光谱测量中发现，这一效应也会引入显著的系统性偏差。
基于后选择效应的氦原子精密光谱学实验装置示意图。研究团队供图
研究团队利用近期发展的原子束实验新方法，通过对氦-4原子（4He）的23S−23P跃迁频率进行精密测量，发现不同的实验数据分析方法会导致跃迁频率的明显偏移，偏移量超过测量统计误差的50倍。
据悉，这一现象源于原子束实验中采用狭缝选择特定动量原子的检测方式，使得后选择效应被引入测量过程。
研究团队通过进一步实验设计和理论分析，成功消除了后选择效应对测量结果的影响，获得了氦原子23S1−23P0跃迁频率的精确值276764094712.45±0.86 kHz。
基于该结果和文献中已有的3He原子光谱数据，研究团队得到了3He-4He核电荷半径差。
值得一提的是，普通氦原子光谱测量得到的3He和4He原子核电荷半径平方差，与缪氦离子光谱测量得到的结果间存在约2.6倍标准差的差异，这一发现对验证量子电动力学中轻子普适性和探索新物理具有重要意义。
另悉，该研究不仅为氦原子光谱测量精度的提升提供了新视角，也为氢原子、里德伯态光谱测量及氦离子实验等其他精密测量中可能存在的后选择效应提供了重要参考。
研究团队指出，尽管后选择效应常被用来提升对微弱信号的灵敏度，但在高精密测量中必须谨慎处理，以避免引入系统性误差。
