Precisiemetingen en berekeningen van heliumatomen hebben een geschiedenis van bijna een eeuw. In de jaren 1960, theoretici ontdekten dat de fijnstructuursplitsing (23P0-23P2) van het 23P-energieniveau van helium het beste atomaire systeem is voor het meten van de fijne structuurconstante α (ongeveer 1/137), dat is de belangrijkste parameter in de Quantum Electrodynamics (QED) theorie. QED is de basistheorie die de kwantumeigenschappen van elektromagnetische interacties beschrijft. Het omvat bijna alle fysieke systemen, van microscopische deeltjes tot macroscopische vaste stoffen, en is momenteel de meest nauwkeurige theorie in de natuurkunde. Zo'n meting van α van precisiespectroscopie van helium, vergeleken met waarden bepaald met totaal verschillende methoden, presenteert een perfecte test van de consistentie van de natuurkunde. Na 50 jaar hard werken, theoretici hebben verschillende benaderingen ontwikkeld om de QED-correctie van helium tot de 7e machtreeks van te berekenen.

Experimentele precisiemetingen van heliumatomen zijn uitgevoerd in veel internationale onderzoeksinstellingen. Recente experimentele vorderingen die in verschillende groepen over de hele wereld zijn verkregen, worden geïntroduceerd, inclusief de 2S-2P overgangsfrequentie van He-4 en het 23P0-23P2 fijnstructuurinterval bepaald door de onderzoeksgroep van de auteurs, wat tot nu toe de meest nauwkeurige resultaten zijn.

Momenteel, de nauwkeurigheid van berekende resultaten van helium wordt beperkt door de zeer gecompliceerde QED-correctie van de 8e orde van α. Aan de ene kant, het kan worden ontwikkeld door theoretische ontwikkeling, en aan de andere kant, het kan worden onderzocht door middel van precisiemetingen van andere heliumachtige ionen. Dit wordt een uiterst strenge test van QED.

In aanvulling, precisiemeting van helium heeft ook een brede impact op verschillende belangrijke studies.

Spectroscopie van het heliumatoom is toegepast om de straal van heliumkernen te bepalen. Momenteel, er is nog steeds een significante afwijking tussen de meetresultaten van het verschil tussen de nucleaire straal van helium-3 en helium-4. De reden voor deze afwijking is niet verklaard, en de oplossing van dit probleem zal een belangrijke referentie zijn om de 'puzzel van protonenstraal' op te lossen.

De polariseerbaarheid van heliumatomen kan nauwkeurig worden berekend en de brekingsindex van heliumgas kan worden afgeleid. Aangezien de brekingsindex van een gas nauwkeurig kan worden gemeten met optische methoden, dit wordt een metrologische methode voor het optisch bepalen van de dichtheid (druk) van gassen. Gerelateerde technische methoden zijn in ontwikkeling bij NIST in de Verenigde Staten en bij PTB in Duitsland, en het onderzoeksteam van de auteurs heeft ook gerelateerd onderzoek gedaan.