兰姆位移

物理学中，以威利斯·兰姆（Willis Lamb）为名的兰姆位移（Lamb shift）是氢原子两个能级（ 2 S 1 / 2 {displaystyle ^{2}S_{1/2}} 与 2 P 1 / 2 {displaystyle ^{2}P_{1/2}} ）间的微小能量差。根据狄拉克的量子理论， n {displaystyle n} 量子数及 j {displaystyle j} 量子数相同但 l {displaystyle l} 量子数不同的氢原子能态应该是简并态，也就是不会有能量差值。:332-333于1947年，兰姆以及罗伯特·雷瑟福（英语：Robert Retherford）（Robert Retherford）进行了一项实验，利用微波技术来刺激氢原子 2 S 1 / 2 {displaystyle ^{2}S_{1/2}} 与 2 P 1 / 2 {displaystyle ^{2}P_{1/2}} 能级之间的射频跃迁（radio-frequency transitions）。利用比光学跃迁（optical transitions）还要低的频率，使得多普勒增宽（Doppler broadening）效应可以被忽略（因为多普勒谱线增宽跟频率呈正比关系）。他们两人发现如此使得 2 S 1 / 2 {displaystyle ^{2}S_{1/2}} 能级比 2 P 1 / 2 {displaystyle ^{2}P_{1/2}} 能级还高出约1000兆赫（MHz）的能量差。如此特殊的差异是量子电动力学中的单圈效应（英语：One-loop Feynman diagram）（one-loop effect），可以解释为被原子发射又再吸收的虚光子所造成的影响。在量子电动力学中，电磁场也被量子化，而类似于量子力学中的量子谐振子，其最低能态所具有的能量不会是零。因此存在微小的零点振荡，导致电子会进行快速的振荡运动（参见颤动条目）。电子云因此有些“抹开”（"smeared out"），而半径从 r {displaystyle r} 变为 r + δ r {displaystyle r+delta r} 。库仑位势因此被摄动了一些，而两能级的简并性被破坏掉。新的场势可以（利用原子单位）近似为：兰姆位移本身则可写为其中约为13的 k ( n , 0 ) {displaystyle k(n,0)} 随着 n {displaystyle n} 些微变动；而其中 k ( n , ℓ ) {displaystyle k(n,ell )} 为一个小的数值（< 0.05）。于1947年，汉斯·贝特（Hans Bethe）首次对氢原子谱线中的兰姆位移做出解释，并且对导引出量子电动力学的进程建下基础。兰姆位移目前对于精细结构常数α的测量提供了比百万分之一还佳的精确度，使得量子电动力学预测的正确性得到证实。