Фізики провели точний вимір довжин хвиль переходів 2S1/2 ‑ 2P1/2 і 2S1/2 ‑ 2P3/2 у літієприібних іонів вуглецю C3 +, розігнаних до релятивістських швидкостей у накопичувальному кільці. Для цього вони направляли ультрафіолетове випромінювання назустріч іонному пучку і детектували подальшу флуоресценцію іонів, причому для налаштування на резонанс вони міняли не довжину хвилі випромінювання, а швидкість пучка. Робота опублікована в.
Спектроскопія іонів, розігнаних до швидкостей, близьких до швидкості світла, пов'язана з певними труднощами. В першу чергу це пов'язано з тим, що іони не знаходяться в одному місці у формі газу, як це зазвичай буває в класичній спектроскопії, а швидко летять по накопичувальному кільцю. Інша складність пов'язана з виникненням сильного допплерівського зміщення довжин хвиль, а також спотворень, що виникають внаслідок перетворень Лоренца.
Існує, однак, ще одна складність. Для точних експериментів з релятивістськими пучками (не тільки спектроскопічних) вони повинні бути досить холодними, що розуміється як малий розкид по імпульсах іонів у пучці. На даний момент найпоширеніший метод охолодження швидких іонів у накопичувальних кільцях - це метод електронного охолодження, який полягає в підмішуванні до пучка «гарячих» іонів пучка «холодних» електронів. Передбачається, що лазерне охолодження буде більш ефективним для цих цілей, однак для цього методу необхідне знання точних значень довжин хвиль переходів в іонах. При цьому для деяких іонів, зокрема, для літієподібних іонів вуглецю C3 +, існують розбіжності в літературних даних.
Щоб вирішити ці протиріччя, а також щоб протестувати системи підведення і детектування випромінювання в експериментальному накопичувальному кільці, встановленому в Центрі з вивчення важких іонів імені Гельмгольца в Дармштадті, група фізиків з Німеччини та Китаю під керівництвом Даньяла Вінтерса (Danyal Winters) провела серію експериментів з уточнення довжин хвиль переходів 2S1/2 доль 2P1/2 і 2S1/2 і 2P3/2 у 12C3 +. Іони розганялися в накопичувальному кільці до швидкостей, рівних майже половині швидкості світла, і охолоджувалися за допомогою електронного охолоджувача. В окремій області кільця іони стикалися з лазерним випромінюванням з довжиною хвилі 257 нанометрів, а перевипромінені фотони потрапляли в систему реєстрації.
Особливість експерименту полягала в тому, що точне значення швидкості іонів залежало від напруги, що подається на електронний охолоджувач. Це дозволяло здійснювати тонке налаштування довжини хвилі лазера в системі центру мас іонів, оскільки через допплеровське зсуву вона зміщується в короткохвильову область згідно з фактором Лоренца. Поблизу резонансів автори змінювали напругу в охолоджувачі з кроком в один вольт, скануючи досліджувану область тричі. За кількістю відліків на детекторі ультрафіолетового випромінювання вони робили висновки про інтенсивність поглинання і подальшої флуоресценції.
Таким чином, змінюючи напругу на електронному охолоджувачі, фізики пов'язували його через струм зі швидкістю іонів і, отже, з довжиною хвилі в системі центру мас. В результаті довжини хвиль переходів на рівні 2P1/2 і 2P3/2 склали 155,0779 (12) sys (1) stat і 154,8211 (12) sys (2) stat нанометрів відповідно.
Варто особливо відзначити велику роботу з обліку всіляких похибок, проведених в даному експерименті. В результаті акуратного їх обліку фізики прийшли до висновку, що вимірені довжини хвиль знаходяться в хорошій згоді з даними, отриманими раніше в експериментах з інтерферометрії та спектроскопії плазми, так само як і з теоретичними передбаченнями. Вони відзначили також, що кілька поліпшень в експериментальній установці і додаткові калібрування дозволять поліпшити точність експерименту в майбутньому.
Лазерна спектроскопія в останні роки суттєво підвищила точність фізичних експериментів. Ми вже розповідали, як з її допомогою уточнювали розмір протона і альфа-частинки.