弱磁场中铷原子磁共振塞曼跃迁调控实验的实验数据分享

缪培贤

兰州空间技术物理研究所，兰州 730000

Email: miaopeixian@163.com

1935年，爱因斯坦和薛定谔分别以“EPR佯谬”和“薛定谔猫”发起对量子力学完备性的质疑，玻尔以“观察者效应”进行反驳。“EPR佯谬”和“薛定谔猫”问题的回答需从实验上阐明量子跃迁是否遵循因果律和定域论，理想的实验设计应是非破坏性地监测单个原子的单个量子跃迁过程。本人试图基于二能级磁共振塞曼跃迁的调控实验证明磁共振塞曼跃迁操控的过程性、可重复性和确定性，以及原子磁矩进动相位与电磁波相位匹配的重要性，其中该实验的设计可等效为对单个原子的磁共振跃迁过程的非破坏性监测，实验现象证明磁共振塞曼跃迁符合因果律和定域论。按照图1物理思想设计的实验实现了图2中↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓、↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑、↑↓↓↓↓↓↓↓↓↓和↑↑↓↓↑↑↓↓↑↑的调控结果（↑代表原子磁矩指向z轴正方向，↓代表原子磁矩指向z轴负方向，注意：本次分享的实验数据与图 2 不完全相同）。电磁波与原子相互作用导致的各种量子跃迁，其物理本质都可从二能级磁共振塞曼跃迁的模型中演化出来，因此稳定且可重复地制备二能级系统并实现磁共振塞曼跃迁的调控，在基础物理学的发展中具有重要意义。

量子力学是基于统计学实验（例如黑体辐射和原子光谱）总结的统计学规律，部分理论的正确性已被统计学实验所验证。然而，More is different，将量子力学的基本概念（例如量子叠加态，量子纠缠）直接用于实现单个量子比特的操控并不合适，甚至会得出错误的结论。2020年9月底自然科学基金委发布了“第二代量子体系的构筑和操控”重大研究计划，而二能级磁共振塞曼跃迁的调控实验揭示了量子跃迁中的部分物理本质，其实验思想和实验方法对上述研究计划的开展也具有参考价值。

鉴于量子科技已上升至国家战略，本人认为高校和科研院所的师生有必要重温“小马过河”的寓言故事，河水有多深，小马不能只听松鼠和老牛的描述，小马需亲自过河才能试出河水深浅。当然，还有一种方式是在小河旁放置标尺，标明河水深度，这样不同身高的小马都可知道它能否安全过河，这就是计量学了。最近看到一些指南，我想向相关指南撰写单位和申报单位提点建议，量子科技中的计量问题应先于工程问题，学术界和工业界应花更多人力资源和经费关注计量学，努力提升我国相关工业基础能力。本人今年在一些渠道建议将磁共振塞曼跃迁的调控实验推广为大学物理教学实验，也是重温了“小马过河”的寓言故事，期待师生们考虑二能级跃迁中的因果律和定域性。

最后提一个请求，数据版权归兰州空间技术物理研究所，如果在教学或论文中使用本次分享的实验数据，请注明出处，非常感谢！

上述内容今天（2021年11月15日）分享出去，正好距离2020年11月15日第一次在科学网和知乎发帖一整年，留作纪念。(*^_^*)

参考文献：

【1】 缪培贤, 等. 一种磁共振塞曼跃迁调控的实验装置及方法. 中国发明专利, 申请号： 202110412374.4, 申请日：2021年4月16日.

实验数据和专利的下载链接：https://pan.baidu.com/s/1Whng2ZQ7dakfFPsgKf2Hfw

提取码：beyd

图1 磁共振塞曼跃迁调控实验中原子磁矩在实验室坐标系中进动演化的示意图

图2 二能级磁共振塞曼跃迁调控的实验结果