《基於雙組分冷原子干涉儀的等效原理檢驗》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由王謹擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：基於雙組分冷原子干涉儀的等效原理檢驗
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：王謹
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
等效原理是廣義相對論的兩個基本假設之一，但將引力與標準模型統一起來的新理論要求等效原理破缺。基於巨觀物體的等效原理檢驗精度高達10^[-13]，而基於原子干涉儀的等效原理檢驗精度只有10^[-7]。我們發現，限制原子干涉儀等效原理檢驗精度的主要因素是不同來源的誤差和難以克服的拉曼雷射之間的串擾。針對這些問題，我們近期提出並實現了一種四波雙衍射拉曼躍遷（4WDR）方案，我們將4WDR方案用於雙組分原子干涉儀等效原理檢驗實驗，已取得了初步進展。本項目擬在當前工作基礎上開展更高精度的等效原理檢驗，進一步最佳化4WDR雙組分原子干涉方案，定量分析多頻拉曼光的交流斯塔克頻移及其抑制方法，深入研究4WDR方案對拉曼光相位噪聲的免疫機理，主動補償科里奧利效應對實驗測量的影響，準確評估系統誤差和測量噪聲。希望通過本項目使基於原子干涉儀的等效原理檢驗實驗的精度優於2*10^[-8]，超過目前國際上的最好水平。
結題摘要
本項目原計畫利用四波雙衍射拉曼躍遷（4WDR）Rb-85、Rb-87雙組分原子干涉實驗方案，通過精確測量並比較Rb-85、Rb-87 原子的重力加速度來高精度檢驗弱等效原理（WEP），將厄缶係數的不確定度提高到國際上同類實驗的最好水平。具體目標如下:（1）發展和完善4WDR 雙組分原子干涉方案。（2）完成Rb-85、Rb-87重力加速度的共模差分測量。（3）完成WEP 的高精度實驗檢驗，使厄缶係數的不確定度優於2*10^[-8]。經過四年的努力，項目組完成了十米原子干涉儀真空、磁禁止系統的升級改造，使與原子干涉區的磁場波動從600 nT 降低到了 8 nT，利用新磁光阱系統製備了溫度低於3 微開的原子團，原子數達到1*10^[9]，獲得了對比度大於30%的原子干涉條紋；完成了4WDR原子干涉方案的最佳化；設計並實現了拉曼光反射鏡三維轉動補償系統，利用該系統對地球轉動導致的科里奧利效應進行了補償，使科里奧利效應對等效原理檢驗的影響小於1*10^[-9]；完成了實驗及環境參數測量噪聲的抑制；改進了原有的信號採集與實驗數據處理方案。完成了殘餘振動噪聲、射頻相位噪聲、光強起伏與光束指向偏差對測量精度影響的評估；完成了原子團質心位置、時間同步程度對測量精度影響的評估；完成探測雷射頻率噪聲等對測量精度影響的評估；實現了共模抑制的雙組分原子干涉儀，系統連續穩定測量時間可達3天；開展Rb-85、Rb-87雙組分4WDR原子干涉等效原理檢驗實驗，增加了原子干涉過程中的自由演化時間，進一步補償了科里奧利效應，完成了與主要實驗參數相關的系統誤差評估，將等效原理檢驗實驗的精度提高到6.7*10^[-10]。項目組共發表SCI論文21篇，其中包括Physical Review A 5篇， Optics Express 4篇，Metrologia 1篇。獲得國家發明專利7項。項目培養博士生3名，碩士1人。項目骨幹1人獲得中國科學院青年創新促進會項目的資助。項目的研究工作取得突出進展，全面完成研究計畫和目標。
