高维时空中氢原子能级的Lamb移动

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额外维是近年来理论物理研究的热点。1998年,N.Arkani-Hamed等人提出了他们的额外维理论(ADD理论)。在他们的额外维理论中,当两个质点之问距离小于额外维的维度时,它们问的的引力偏离了反平方律,成为1/r2+n,其中n表示紧致额外维维数。   可以看到,这样的引力将在小尺度时远远大于根据Newton势算出来的引力。而且,在尺度足够小的微观世界中,它甚至可能大于静电力。由于Newton引力的耦合常数远小于电磁相互作用的精细结构常数,在标准的原子模型中,人们可以将引力的效应忽略。   然而,在小尺度时,ADD引力的强度远远大于Newton引力,在原子这样的微观世界中,它的效应可能是不可忽略,可能使原子的能级产生一定的移动。当这个移动达到一定的数量级,有可能通过精密的测量来判断这个理论的适应范围。   Lamb移位是电子白能和真空涨落导致的原子能级的移动,是具有很高实验精度的原子物理的效应。至今在理论和实验测量方面都进行了广泛深入的研究。特别是氢原子的22S1/2能级与22P1/2能级间的相对移动,是物理学中目前最精确的测量之一。但在Lamb移位的理论计算中,都没有计及ADD势产生的能级移动。因此,在某一设定的额外维的维数的情况下,将ADD势产生的能级移动,与Lamb移位的理论值与测量值间的差相比较,当ADD势产生的能级移动大于Lamb移位的理论值与测量值间的差时,可以判定这个额外维度的ADD理论是不合适的。   基于这个考虑,我们在质子质量均匀分布在有限尺度球内的情况下,利用量子力学定态微扰理论,计算两个额外维度的ADD势产生的氢原子的Lamb移位,并与量子电动力学理论计算值和实验测量值比较。我们的结果是-1.1×10-16MHz。将我们的结果与现阶段的实验值(1057.845(9)MHz,1057.839(12)MHz),和理论值(1057.842(1)(4)MHz)比较,可知我们的计算尚无法对ADD引力理论的正确性作出判断。
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