量子电动力学（Quantum Electrodynamics, QED）是粒子物理标准模型的重要组成部分，用于描述基本粒子及其相互作用。因此，在各种可能的场景下测试它是至关重要的。
为了研究QED的能力，Lötzsch和他的同事们转向了铀，铀的原子核中有92个质子。这个原子核产生了一个巨大的电场，几乎比氢原子核的电场强一百万倍，远远超过任何人类能产生的电场。研究采用的是已经脱去了92个电子，变成离子或带电粒子的铀。这种铀离子被称为“类铀氢化物”，因为氦原子通常只有两个电子。
Lötzsch和他的同事在德国达姆施塔特的GSI Helmholtz研究中心进行了实验，通过加速铀离子并将其穿过一个铜箔，使每个离子仅保留一个电子，而将其他所有电子都排除。铀离子经过氮气后，捕获到另外一个电子，形成了“类铀氢化物”：铀原子核与两个电子结合在一起。这个过程使得每个铀离子的两个电子中的一个处于高能态。这些电子通过跳跃能级迅速降低能量。通过测量特定跳变的X射线辐射，研究人员确定了这种变化的能量。
测量到的能量与基于QED的预测一致，这证明了这个理论的正确性。
从耶拿大学的Lötzsch表示，QED在强电磁场中的计算方式与弱电场的计算方式完全不同。一般来说，QED计算必须考虑到电子与不断出现和消失的“虚拟”粒子的相互作用，这是量子物理学的基本原理。这适用于单个这种相互作用以及两个或多个相互作用。在原子核周围的强电磁场中，计算两个相互作用的效果变得更加复杂。与氢或氦的情况不同，电场会彻底改变计算结果，而不仅仅是稍微修改计算。此外，在类铀氢化物的情况下，还必须计算两个电子之间的相互作用。
高度带电的离子是“理解量子水平上基本物理法则的理想小型实验室”，通过对类铀氢化物的实验，我们可以从新的角度来理解极端条件下的量子电动力学。
术语解释：
– 量子电动力学（Quantum Electrodynamics, QED）- 描述基本粒子间电磁相互作用的理论。
– 粒子物理标准模型 – 描述基本粒子及其相互作用的理论。
– 原子核 – 包含质子和中子的原子组件。
– 电场 – 施加电力的区域。
– 离子 – 当原子失去或获得一个电子时形成的带电粒子。
– 量子物理学 – 描述微观级别粒子行为的物理学分支。
相关链接：
– 粒子物理标准模型
– 量子电动力学
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