Heliumatoms precisionsmätningar och beräkningar har en historia på nästan ett sekel. På 1960 -talet, teoretiker upptäckte att finstruktursplittringen (23P0-23P2) av 23P-energinivån i helium är det bästa atomsystemet för att mäta den fina strukturkonstanten α (ungefär 1/137), som är nyckelparametern i teorin om kvantelektrodynamik (QED). QED är grundteorin som beskriver kvantegenskaperna hos elektromagnetiska interaktioner. Det täcker nästan alla fysiska system från mikroskopiska partiklar till makroskopiska fasta ämnen, och är för närvarande den mest exakta teorin i fysik. En sådan mätning av α från precisionsspektroskopi av helium, jämfört med värden som bestäms med helt olika metoder, presenterar ett perfekt test av fysikens konsistens. Efter 50 års hårt arbete, teoretiker har utvecklat olika tillvägagångssätt för att beräkna QED -korrigering av helium till den sjunde effektserien av α.

Experimentella precisionsmätningar av heliumatomer har utförts i många internationella forskningsinstitutioner. De senaste experimentella framstegen som uppnåtts i flera grupper världen över introduceras, inklusive 2S-2P-övergångsfrekvensen för He-4 och 23P0-23P2-finstrukturintervallet bestämt av författarnas forskargrupp, som är de mest exakta resultaten hittills.

För närvarande, noggrannheten hos beräknade heliumresultat begränsas av den mycket komplicerade QED -korrigeringen av åttonde ordningen av α. Å ena sidan, det kan utvecklas genom teoretisk utveckling, och å andra sidan, den kan utforskas genom precisionsmätningar av andra heliumliknande joner. Detta kommer att vara ett extremt strikt test av QED.

Dessutom, precisionsmätning av helium har också en bred inverkan på olika viktiga studier.

Spektroskopi av heliumatomen har tillämpats för att bestämma radien för heliumkärnor. För närvarande, det finns fortfarande en signifikant avvikelse mellan de uppmätta resultaten av skillnaden mellan kärnradien för helium-3 och helium-4. Orsaken till denna avvikelse har inte förklarats, och lösningen på detta problem kommer att ge en viktig referens för att lösa 'pussel med protonradie'.

Heliumatoms polariserbarhet kan beräknas exakt och heliumgasens brytningsindex kan härledas. Eftersom brytningsindexet för en gas kan mätas exakt med optiska metoder, detta blir en metrologisk metod för att optiskt bestämma gasernas densitet (tryck). Relaterade tekniska metoder är under utveckling vid NIST i USA och på PTB i Tyskland, och författarnas forskargrupp har också bedrivit relaterad forskning.