由德国达姆施塔特工业大学亥姆霍兹重离子研究中心领导、明斯特大学和耶拿大学等机构科学家参与的团队，通过核反应成功生成并分离了铋-208的类氢离子，同时对其跃迁能量作出了非常精确的预测和试验验证。该研究利用核反应产生的原子核，为强磁场量子电动力学测试奠定了基础，并证明了激光光谱对其他奇异原子进行研究的可行性。相关成果发表在新一期《自然·物理》杂志上。

类氢离子，即仅束缚一个电子的原子核。对于质子数较高的重核，强大的静电引力会将电子束缚在原子核附近，从而将其置于极端磁场中。在那里，电子像指南针一样，将自身磁场与原子核磁场对齐。通过提供恰到好处的能量，这根指南针可翻转到相反的方向。而所需的能量可以用量子电动力学——电磁学的量子理论来计算。

此前，科学家已证实对稳定同位素铋-209的测量与理论预测一致。但人们对于原子核结构对理论预测的影响是否真的能够消除到假设的程度仍存在疑问。为了弥补实验测试中的这个漏洞，研究团队提出测量另一种具有不同核结构的同位素铋-208，它比稳定的同位素铋-209少一个中子。

团队通过核反应，从稳定的铋-209中击出一个中子，并将该反应的碎片收集到实验储存环中。与此同时，为了生成类氢离子，必须将原子中最初的83个电子全部剥离。这些碎片在储存环中以约72%的光速旋转。他们识别出了其中的同位素铋-208的类氢离子，并去除了所有不需要的反应产物。

测量原理是通过用能量合适的激光束照射电子来翻转电子的磁场。离子吸收激光束中的光子。光子的能量随后转移到电子，并用于翻转电子的磁场，使其达到核磁场中不同的取向状态。为了释放这些能量，电子平均在约半毫秒后翻转回来，发射出另一个光子。此时，离子已绕储存环旋转了数百圈，这些发射的光子被储存环上一个特别暗点处的灵敏探测器探测到。

几年前，欧洲核子研究中心启动了对两种铋同位素的中性原子的测量，科学家估算出其对不同原子核结构的影响。这些信息与之前对稳定同位素的类氢离子的测量结果相结合，从而对铋-208的跃迁能量作出了非常精确的预测。这个值与完整的量子力学计算一致，但准确度大约是后者的10倍。在储存环上测得并在论文中报告的实验值，与这个预测完全一致。