氢分子精密光谱
氢分子（H2、HD、D2等）是自然界中最基本的中性分子。氢分子系统包含两个原子核和两个电子，是少数几个能从量子力学出发精确求解的多体体系之一。基于氢分子体系的理论和实验研究是现代物理学研究的前沿。
Fig. 1. Heitler-London分子价键理论(From HyperPhysics)
Fig. 2. 氢分子能量的理论解释 （by C. –F. Cheng）
早在量子力学建立之初，Heitler和London就对H2分子解离能进行测量和计算，并证明“分子键合”是量子力学的产物。在之后近一个世纪里的理论和实验研究表明，氢分子是理想的检验相对论和量子电动力学的体系。最近，理论研究进一步确认，对氢分子能级的高精度量子计算，非常依赖高阶相对论和量子电动力学修正，而且对质子电荷半径以及质子/电子质量比等物理常数十分敏感。氢分子的精密光谱测量，不仅可以在高精度上检验量子电动力学理论，还可以在分子体系中实现对物理常数的精确测量。
中国科学技术大学“激光痕量探测与精密测量”实验室多年来对氢分子进行了深入研究，取得了一系列国际瞩目的成果。我们利用超高灵敏度的光腔衰荡光谱技术，对H2分子近红外电四极矩跃迁进行了精密测量，得到了当时最好的不确定度，检验量子计算至9位有效数字。利用结合光频梳标定的光腔增强饱和吸收光谱技术，我们在国际上首次测量了HD分子泛频跃迁的无多普勒兰姆凹陷光谱，频率测量精度达到10位有效数字，并指出该方法可以应用于测定质子/电子质量比等基本物理常数。我们与荷兰、瑞士物理学家合作，共同研制了消“啁啾”的真空紫外激光，并将H2分子解离能精度提高至亚MHz水平，进一步提高解离能的实验和理论精度将有希望得到质子的电荷半径。
Fig. 3. 氢分子能量的实验观测 （by E. J. Salumbides）
未来我们计划通过改进光腔增强光谱探测技术，利用高精密中红外激光光源，结合低温、分子束技术，将氢分子红外光谱的测量精度提高到10-10以上水平。在此基础上，实现对质子/电子质量比等基本物理常数的测定，甚至探索标准模型之外的“新物理”。