Le misurazioni e i calcoli di precisione dell'atomo di elio hanno una storia di quasi un secolo. Negli anni Sessanta, i teorici hanno scoperto che la suddivisione della struttura fine (23P0-23P2) del livello energetico 23P dell'elio è il miglior sistema atomico per misurare la costante di struttura fine α (circa 1/137), che è il parametro chiave nella teoria dell'elettrodinamica quantistica (QED). QED è la teoria di base che descrive le proprietà quantistiche delle interazioni elettromagnetiche. Copre quasi tutti i sistemi fisici, dalle particelle microscopiche ai solidi macroscopici, ed è attualmente la teoria più accurata in fisica. Tale misurazione di α dalla spettroscopia di precisione dell'elio, rispetto a valori determinati da metodi totalmente diversi, presenta una prova perfetta della consistenza della fisica. Dopo 50 anni di duro lavoro, i teorici hanno sviluppato diversi approcci per calcolare la correzione QED dell'elio alla settima serie di potenze di α.

Misure sperimentali di precisione degli atomi di elio sono state effettuate in molti istituti di ricerca internazionali. Vengono introdotti recenti progressi sperimentali ottenuti in diversi gruppi in tutto il mondo, compresa la frequenza di transizione 2S-2P di He-4 e l'intervallo di struttura fine 23P0-23P2 determinato dal gruppo di ricerca degli autori, quali sono i risultati più accurati fino ad oggi.

Attualmente, l'accuratezza dei risultati calcolati dell'elio è limitata dalla correzione QED molto complicata dell'8° ordine di α. Da una parte, può essere sviluppato attraverso lo sviluppo teorico, e d'altra parte, può essere esplorato attraverso misurazioni di precisione di altri ioni simili all'elio. Questo sarà un test estremamente severo di QED.

Inoltre, La misurazione di precisione dell'elio ha anche un ampio impatto su vari studi importanti.

La spettroscopia dell'atomo di elio è stata applicata per determinare il raggio dei nuclei di elio. Attualmente, c'è ancora una deviazione significativa tra i risultati misurati della differenza tra il raggio nucleare dell'elio-3 e dell'elio-4. Il motivo di questa deviazione non è stato spiegato, e la soluzione di questo problema fornirà un importante riferimento per risolvere il "puzzle del raggio protonico".

La polarizzabilità degli atomi di elio può essere calcolata con precisione e l'indice di rifrazione del gas di elio può essere derivato. Poiché l'indice di rifrazione di un gas può essere misurato con precisione con metodi ottici, questo diventa un metodo metrologico per determinare otticamente la densità (pressione) dei gas. Metodi tecnici correlati sono in fase di sviluppo presso il NIST negli Stati Uniti e presso il PTB in Germania, e il team di ricerca degli autori ha anche intrapreso ricerche correlate.