国科大博士生导师、精密测量院研究员高克林领导的囚禁离子物理研究组，国科大博士生导师、精密测量院研究员史庭云领导的原子分子外场理论研究组，加拿大新不伦瑞克大学教授严宗朝和加拿大温莎大学教授G. W. F. Drake合作开展类氦锂离子精密谱研究逾十年，近期在锂离子精密谱研究中取得了重要进展，精确确定了锂原子核的电磁分布半径（Zemach半径）。相关研究发表在物理学权威期刊Phys. Rev. Lett和Phys. Rev. A上。
在实验方面，针对国际上同类实验的主要问题，研究团队研制了更加稳定的亚稳态Li+离子源、采用了稳频于波长计的548nm探测光和快速交替扫描并Doppler-Free的饱和荧光光谱方案，并利用飞秒光梳对探测光频率进行了精确测量，实现了7Li+离子23P态精细结构以及23S和23P态的超精细结构的高精度测量，精度优于100kHz（见图一），比国际上最精确的实验值在精度上提高了一个数量级。
在理论方面，研究团队首次计算了包括高阶量子电动力学（QED）效应在内的6,7Li+离子23S 和23P态的超精细劈裂，精度较之前的文献结果提高了一个数量级。通过比较6,7Li+离子的理论计算和实验测量值，发现由6Li+的23S态超精细劈裂确定的Zemach半径与核物理方法（NP）得到的相应值存在6个标准误差，确认了7Li的核电磁分布半径比6Li的大40%这一反常现象。此外，这项研究确定的6Li和7Li原子核的Zemach半径与基于中性6,7Li原子定出的Zemach半径分别存在1.5和2.2个标准误差(见图二)。这将进一步促进Li+和Li精密光谱实验和理论研究，同时将推动少核子体系核结构理论与实验的开展。
此项基于原子精密光谱的工作，其特点是独立于原子核模型；它将为揭示锂原子核结构、特别是6Li核的奇特性质以及检验相关的核结构模型提供重要的依据（benchmark）。随着原子光谱精度的不断提高，越来越多的核效应将在原子谱线中得到体现。因此，原子的精密谱研究将成为探测原子核效应的一扇重要窗口，是核物理进入精密时代的独特研究平台。
以上研究成果发表于Phys. Rev. Lett. 125, 183002(2020)和Phys. Rev. A 102, 030801(R) (2020)。国科大博士研究生戚晓秋和副研究员张佩佩为RPL文章的共同第一作者，研究员钟振祥、管桦为PRL文章的共同通讯作者；管桦和博士后陈邵龙为PRA文章共同第一作者，张佩佩和高克林为PRA文章共同通讯作者。
以上研究工作得到了科技部973项目“基于精密测量物理的引力及相关物理规律研究”、中科院先导专项B项目“基于原子的精密测量物理”、中科院院级科研仪器设备研制项目以及基金委相关项目的资助。
论文链接: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.183002
PRA: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.102.030801
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