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原子干涉仪测量大G

已有 2595 次阅读 2014-6-30 05:10 |个人分类:文献|系统分类:论文交流|关键词:原子干涉仪,重力加速度,万有引力常数| 重力加速度, 万有引力常数, 原子干涉仪

原子干涉仪测量大G

测量万有引力常数大G是一个历史悠久的问题。卡文迪许在1798年做了扭称实验,高中物理课本上就介绍过。扭称实验也是目前测量大G的主要方法。华中科技大学小组测量的大G在国际上很有分量。另一个相关的重要常数是重力加速度(小g)。一般来说,这两个常数有联系,但是测量方法很不相同。朱棣文最先采用冷原子干涉仪来测量小g,目前原子干涉仪成为测量小g的一个非常重要的方法。但是我没想过还可以用干涉仪来测量大G。最近一期Nature上发表了一篇文章(Nature 510 518 2014)),用原子干涉仪测量大G,确实让人眼前一亮。


1:原子干涉仪测量大G示意图。

 

实验示意图如上,在原子干涉仪上加上仔细标定好的质量,这样原子的重力加速度会有一点改变。左边和右边两个图是分别加上F构造重物和C构造重物后重力加速度的改变,这样会导致原子干涉移测量相位的改变。而测量的方法是同时发射两个原子团,发射速度不同,最高点位置不同,同时测量两个干涉仪的相位移动。由于原子团经历重物的不同位置,因此万有引力导致的相位移动会不同,通过测量这两个干涉移的相位差,就可以计算出大G


2:实验数据图。

 

实验结果如上图。实验主要测量的是两个干涉仪的相位差。但是由于震动等噪声的影响,两个干涉仪测量的相位会有起伏的。但是如果同时将上下两个干涉仪测量的相位画在一张图中,这样就形成了一个Lissajous图,从Lissajous图中可以得到两个干涉仪的相位差。图a中红蓝两个Lissajous图就是重物安放在C构造和F构造产生的不同结果。从他们可以分别获得一个相位差。多次测量就能得到图bc图是b图两种构造的差值,用来减少系统误差。他们最终测量的结果不确定性在150ppm,和CODATA误差在1.5sigam左右,如下图。他们在文章中也提到了系统误差,以及如何改进实验,希望能将实验精度提高到10ppm。希望能早日看到更好的结果。

图3: 实验结果。




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1 Vetaren11

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