近日，中科院武漢物理與數學研究所原子分子外場理論組在少體分子束縛態量子電動力學（QED）理論上取得了重要進展，完整地導出了氫分子離子體系中自旋無關的高階相對論mα6階等效哈密頓量。

　　氫分子離子H2+（以及D2+, HD+等）是最簡單的分子體系，其振轉躍遷頻率在實驗上可以被高精度測量，同時在理論上也可以采用束縛態QED理論進行高精度計算。因此人們可以借助氫分子離子精密譜來檢驗束縛態QED理論和導出基本物理常數，特別是質子-電子質量比。當前正在進行的氫分子離子實驗包括法國LKB L. Hilico和J.-Ph. Karr的H2+雙光子實驗，荷蘭VU J. Koelemeij的HD+振動躍遷實驗，德國杜塞爾多夫S. Schiller的HD+振動躍遷實驗，以及武漢物數所童昕研究員的HD+ (v=0->v=6)躍遷實驗。這些實驗的目標精度是10E-10量級，該測量精度對理論計算提出了巨大的挑戰，需要考慮從mα2階至mα7階的非相對論能級、相對論和QED等修正項。

　　目前武漢物數所少體精密譜理論團隊在非相對論能級、相對論和QED領頭項系列研究中獲得了超高精度結果，Dubna的V. I. Korobov博士及其合作者在高階相對論和QED修正的理論和數值方面的系列工作。其中低階相對論和QED修正是在無近似條件的庫倫三體理論框架下取得的；而高階相對論和QED修正，包括mα6階、mα7階及mα8階修正，其理論框架采用了單電子的外場近似，其數值計算則是在玻恩-奧本海默近似下完成的。同時，在考慮mα6(m/M)階核質量反沖修正時，理論上直接采用了兩體的束縛態結果。為了克服這些絕熱近似對氫分子離子的躍遷頻率可能帶來的理論誤差，人們迫切地需要更加精確的mα6階和mα6(m/M)階理論。

　　為了推導mα6階和mα6(m/M)階的等效哈密頓量，武漢物數所少體精密譜理論團隊首次創造性地將非相對論量子電動力學（NRQED）理論運用到單電子分子體系。在統一的理論框架下導出了氫分子離子mα6階和mα6(m/M)階自旋無關的等效哈密頓量，并進一步對理論進行的重整化，完全消除了理論中的發散效應。若將所得的理論退化到氫原子，則可得到與氫原子的Dirac方程解析解完全一致的結果。

　　該研究首次在分子體系中引入嚴格的NRQED理論，所得的等效哈密頓量可以精確地描述分子體系下原子核運動在mα6階所帶來的修正，并可以應用到其他類似的單電子雙原子核體系中（例如反質子氦）。該研究組下一步的工作重點將會集中在同樣具有挑戰性的相關等效算符數值計算上。

　　該項工作的相關研究結果發表在Physical Review A上（Phys Rev A.98.032502）。武漢物數所鐘振祥副研究員是該論文的第一作者。該研究受到自然科學基金委重大研究計劃重點支持項目、中國科學院戰略性先導科技專項等的資助。