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High precision hyperfine measurements in Bismuth challenge bound-state strong-field QED.
Journal article

High precision hyperfine measurements in Bismuth challenge bound-state strong-field QED.

  • Ullmann J Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Andelkovic Z GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.
  • Brandau C GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.
  • Dax A Paul Scherrer Institut, 5232 Villigen, Switzerland.
  • Geithner W GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.
  • Geppert C Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Gorges C Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Hammen M Institut für Kernchemie, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Fritz-Strassmann-Weg 2, 55128 Mainz, Germany.
  • Hannen V Institut für Kernphysik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 9, 48149 Münster, Germany.
  • Kaufmann S Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • König K Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Litvinov YA GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.
  • Lochmann M Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Maaß B Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Meisner J Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany.
  • Murböck T Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 7, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Sánchez R GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.
  • Schmidt M Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany.
  • Schmidt S Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
  • Steck M GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.
  • Stöhlker T Helmholtz Institut Jena, Fröbelstieg 3, 07743 Jena, Germany.
  • Thompson RC QOLS Group, Department of Physics, Imperial College London, Prince Consort Road, South Kensington, London SW7 2AZ, UK.
  • Trageser C I.Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen, Germany.
  • Vollbrecht J Institut für Kernphysik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 9, 48149 Münster, Germany.
  • Weinheimer C Institut für Kernphysik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 9, 48149 Münster, Germany.
  • Nörtershäuser W Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt, Schlossgartenstraße 9, 64289 Darmstadt, Germany.
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  • 2017-05-17
Published in:
  • Nature communications. - 2017
English Electrons bound in highly charged heavy ions such as hydrogen-like bismuth 209Bi82+ experience electromagnetic fields that are a million times stronger than in light atoms. Measuring the wavelength of light emitted and absorbed by these ions is therefore a sensitive testing ground for quantum electrodynamical (QED) effects and especially the electron-nucleus interaction under such extreme conditions. However, insufficient knowledge of the nuclear structure has prevented a rigorous test of strong-field QED. Here we present a measurement of the so-called specific difference between the hyperfine splittings in hydrogen-like and lithium-like bismuth 209Bi82+,80+ with a precision that is improved by more than an order of magnitude. Even though this quantity is believed to be largely insensitive to nuclear structure and therefore the most decisive test of QED in the strong magnetic field regime, we find a 7-σ discrepancy compared with the theoretical prediction.
Language
  • English
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gold
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https://sonar.ch/global/documents/126836
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