The masses of the lightest atomic nuclei and the electron mass1 are interlinked, and their values affect observables in atomic2, molecular3-5 and neutrino physics6, as well as metrology. The most precise values for these fundamental parameters come from Penning trap mass spectrometry, which achieves relative mass uncertainties of the order of 10-11. However, redundancy checks using data from different experiments reveal considerable inconsistencies in the masses of the proton, the deuteron and the helion (the nucleus of helium-3), suggesting that the uncertainty of these values may have been underestimated. Here we present results from absolute mass measurements of the deuteron and the HD+ molecular ion using 12C as a mass reference. Our value for the deuteron mass, 2.013553212535(17) atomic mass units, has better precision than the CODATA value7 by a factor of 2.4 and differs from it by 4.8 standard deviations. With a relative uncertainty of eight parts per trillion, this is the most precise mass value measured directly in atomic mass units. Furthermore, our measurement of the mass of the HD+ molecular ion, 3.021378241561(61) atomic mass units, not only allows a rigorous consistency check of our results for the masses of the deuteron (this work) and the proton8, but also establishes an additional link for the masses of tritium9 and helium-3 (ref. 10) to the atomic mass unit. Combined with a recent measurement of the deuteron-to-proton mass ratio11, the uncertainty of the reference value of the proton mass7 can be reduced by a factor of three.

中文翻译：

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氘核和 HD+ 分子离子的 Penning 阱质量测量

最轻原子核的质量和电子质量 1 相互关联，它们的值影响原子 2、分子 3-5 和中微子物理学 6 以及计量学中的可观察量。这些基本参数的最精确值来自 Penning 阱质谱法，它实现了 10-11 数量级的相对质量不确定度。然而，使用来自不同实验的数据进行的冗余检查显示，质子、氘核和氦气（氦 3 的原子核）的质量存在相当大的不一致，这表明这些值的不确定性可能被低估了。在这里，我们展示了使用 12C 作为质量参考的氘核和 HD+ 分子离子的绝对质量测量结果。我们的氘质量值，2.013553212535(17) 原子质量单位，具有比 CODATA 值高 2.4 倍的精度，与 CODATA 值相差 4.8 个标准差。由于相对不确定度为万亿分之八，这是直接以原子质量单位测量的最精确的质量值。此外，我们对 HD+ 分子离子质量的测量，3.021378241561(61) 原子质量单位，不仅允许对我们的氘核（这项工作）和质子质量的结果进行严格的一致性检查，而且还建立了一个额外的将氚9 和氦3（参考文献10）的质量链接到原子质量单位。结合最近对氘与质子质量比 11 的测量，质子质量 7 参考值的不确定性可以降低三倍。由于相对不确定度为万亿分之八，这是直接以原子质量单位测量的最精确的质量值。此外，我们对 HD+ 分子离子质量的测量，3.021378241561(61) 原子质量单位，不仅允许对我们的氘核（这项工作）和质子质量的结果进行严格的一致性检查，而且还建立了一个额外的将氚9 和氦3（参考文献10）的质量链接到原子质量单位。结合最近对氘与质子质量比 11 的测量，质子质量 7 参考值的不确定性可以降低三倍。由于相对不确定度为万亿分之八，这是直接以原子质量单位测量的最精确的质量值。此外，我们对 HD+ 分子离子质量的测量，3.021378241561(61) 原子质量单位，不仅允许对我们的氘核（这项工作）和质子质量的结果进行严格的一致性检查，而且还建立了一个额外的将氚9 和氦3（参考文献10）的质量链接到原子质量单位。结合最近对氘与质子质量比 11 的测量，质子质量 7 参考值的不确定性可以降低三倍。不仅可以对我们的氘核（这项工作）和质子 8 的质量结果进行严格的一致性检查，而且还为氚 9 和氦 3（参考文献 10）的质量与原子质量单位建立了额外的联系。结合最近对氘与质子质量比 11 的测量，质子质量 7 参考值的不确定性可以降低三倍。不仅可以对我们的氘核（这项工作）和质子 8 的质量结果进行严格的一致性检查，而且还为氚 9 和氦 3（参考文献 10）的质量与原子质量单位建立了额外的联系。结合最近对氘与质子质量比 11 的测量，质子质量 7 参考值的不确定性可以降低三倍。