氢光谱精细结构是氢原子光谱中由多条紧密相邻谱线组成的细微结构，由美国物理学家威利斯·兰姆于20世纪中叶发现。该现象的发现揭示了狄拉克理论关于氢原子能级的预测偏差，威利斯·兰姆因“关于氢光谱精细结构的发现”于1955年获得诺贝尔物理学奖。
19世纪末，阿尔伯特·麦克尔逊通过高精度实验首次观察到原子光谱的精细结构。狄拉克在1928年提出氢原子2S1/2与2P1/2能级应具有相同能量，但威利斯·兰姆与罗伯特·雷瑟福于1947年通过微波共振实验测得两者存在约1057兆赫兹的频率差，证实了能级分裂（即兰姆移位）。 1947年6月，在美国纽约州谢尔特岛召开的会议上了讨论了这一发现。 汉斯·贝特随后采用非相对论近似计算了该能级差，得到1040兆赫兹的理论值，与实验值接近，其相关论文于1947年8月发表。 贝特的计算使用了重整化（质量重正化）方法来处理量子电动力学中的发散问题。 这一现象归因于量子电动力学中的电磁场量子化效应产生的辐射修正。 兰姆实验还精确测定了精细结构常数α≈1/137.0365。该成果与电子、μ子反常磁矩实验共同构成验证量子电动力学的重要实验基础。
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