論文の概要: Prospects for the determination of fundamental constants with beyond-state-of-the-art uncertainty using molecular hydrogen ion spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.14021v1
- Date: Wed, 20 Mar 2024 22:43:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-22 17:49:40.567740
- Title: Prospects for the determination of fundamental constants with beyond-state-of-the-art uncertainty using molecular hydrogen ion spectroscopy
- Title（参考訳）: 水素分子イオン分光法による最先端不確実性をもつ基本定数決定の展望
- Authors: Stephan Schiller, Jean-Philippe Karr,
- Abstract要約: 我々は、より大きな量子数を持つレベル間の実験的な遷移周波数を提供することにより、質量比の精度がどのように向上するかを分析する。
リドベルク定数と電荷半径について、4から11の因子による改善が予想される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: The proton, deuteron and triton masses can be determined relative to the electron mass via rovibrational spectroscopy of molecular hydrogen ions. This has to occur via comparison of the experimentally measured transition frequencies and the ab initio calculated frequencies, whose dependence on the mass ratios can be calculated precisely. In precision experiments to date (on HD$^+$ and H$_2^+$), the transitions have involved the ground vibrational level $v=0$ and excited vibrational levels with quantum numbers up to $v'=9$. For these transitions, the sensitivity of the ab initio frequency on the high-order-QED contributions is correlated with that on the mass ratios. This prevents an efficient simultaneous determination of these quantities from experimental data, so that the accuracy of the mass ratios is essentially limited by the theoretical uncertainty. Here we analyze how the accuracy of mass ratios may be improved by providing experimental transition frequencies between levels with larger quantum numbers, whose sensitivity on the mass ratio is positive rather than negative, or close to zero. This allows the unknown QED contributions and involved fundamental constants to be much more efficiently determined from a joint analysis of several measurements. We also consider scenarios where transitions of D$_2^+$ are included. We find these to be powerful approaches, allowing in principle to reach uncertainties for the mass ratios two orders smaller than CODATA 2018, and without using muonic hydrogen data. For the Rydberg constant and the charge radii, improvements by factors of 4 to 11 are projected.
- Abstract（参考訳）: 陽子、重陽子、トリトン質量は、水素分子イオンの可視光分光によって電子質量に対して決定することができる。
これは、実験的に測定された遷移周波数と、質量比への依存性を正確に計算できるab initio計算周波数を比較することで発生しなければならない。
これまでの精密実験(HD$^+$とH$_2^+$)では、遷移は地上振動レベル$v=0$と量子数$v'=9$の励起振動レベルを含む。
これらの遷移について, 高次QED寄与に対するab initio周波数の感度は, 質量比と相関する。
これにより、これらの量の効率的な同時決定が実験データから妨げられるため、質量比の精度は理論上の不確実性によって本質的に制限される。
ここでは、質量比に対する感度が負か0に近いよりも正である大きな量子数を持つレベル間の実験的な遷移周波数を提供することにより、質量比の精度がどのように向上するかを分析する。
これにより、未知のQED寄与と関連する基本定数は、いくつかの測定の合同解析からより効率的に決定できる。
また、D$_2^+$の遷移を含むシナリオについても考察する。
これらは強力なアプローチであり、原理的にはCODATA 2018より2桁小さい質量比で不確実性に達することができる。
リドベルク定数と電荷半径について、4から11の因子による改善が予想される。
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