As medições e cálculos de precisão do átomo de hélio têm uma história de quase um século. Na década de 1960, teóricos descobriram que a divisão de estrutura fina (23P0-23P2) do nível de energia 23P do hélio é o melhor sistema atômico para medir a constante de estrutura fina α (aproximadamente 1/137), que é o parâmetro chave na teoria da Eletrodinâmica Quântica (QED). QED é a teoria básica que descreve as propriedades quânticas das interações eletromagnéticas. Abrange quase todos os sistemas físicos, de partículas microscópicas a sólidos macroscópicos, e é atualmente a teoria mais precisa da física. Tal medição de α da espectroscopia de precisão de hélio, em comparação com os valores determinados a partir de métodos totalmente diferentes, apresenta um teste perfeito da consistência da física. Após 50 anos de trabalho árduo, teóricos desenvolveram diferentes abordagens para calcular a correção QED do hélio para a 7ª série de potências de α.

Medições experimentais de precisão de átomos de hélio foram realizadas em muitas instituições internacionais de pesquisa. Os avanços experimentais recentes obtidos em vários grupos em todo o mundo são apresentados, incluindo a frequência de transição 2S-2P de He-4 e o intervalo de estrutura fina 23P0-23P2 determinado pelo grupo de pesquisa dos autores, quais são os resultados mais precisos até o momento.

Atualmente, a precisão dos resultados calculados do hélio é limitada pela muito complicada correção QED da 8ª ordem de α. Por um lado, pode ser desenvolvido por meio do desenvolvimento teórico, e por outro lado, pode ser explorado por meio de medições de precisão de outros íons semelhantes ao hélio. Este será um teste extremamente rigoroso de QED.

Além disso, a medição de precisão do hélio também tem um amplo impacto em vários estudos importantes.

A espectroscopia do átomo de hélio foi aplicada para determinar o raio dos núcleos de hélio. Atualmente, ainda há um desvio significativo entre os resultados medidos da diferença entre o raio nuclear do hélio-3 e do hélio-4. A razão para este desvio não foi explicada, e a solução desse problema fornecerá uma referência importante para resolver o 'quebra-cabeça do raio do próton'.

A polarizabilidade dos átomos de hélio pode ser calculada com precisão e o índice de refração do gás hélio pode ser derivado. Uma vez que o índice de refração de um gás pode ser medido com precisão por métodos ópticos, isso se torna um método de metrologia para determinar opticamente a densidade (pressão) dos gases. Métodos técnicos relacionados estão em desenvolvimento no NIST nos Estados Unidos e no PTB na Alemanha, e a equipe de pesquisa dos autores também realizou pesquisas relacionadas.