分享一篇论文：抽运-检测型原子磁力仪对 10 kHz 正弦交变电流的测量

缪培贤（兰州空间技术物理研究所）

摘要：介绍了利用抽运-检测型铷原子磁力仪测量正弦交变电流的频率、振幅和相位的理论基础和实验方法。利用旋转坐标系下二能级磁共振塞曼跃迁的经典理论来描述射频场与原子磁矩相互作用的物理规律，并推导出实验室坐标系中原子磁力仪输出信号的表达式，其中铷泡位置的射频场由载有待测正弦交变电流的亥姆霍兹线圈产生，通过拟合磁力仪输出的磁共振信号得到正弦交变电流的频率、振幅和相位信息。拟合重复测量的十条实验曲线，正弦交变电流的频率、振幅和相位的相对标准偏差分别为5.4×10^-7、2.3×10^-5和3×10^-3，其中频率的相对标准偏差与产生本底磁场的精密电流源的分辨率有关。所得结果可以加深对二能级磁共振塞曼跃迁经典物理图像的理解，对正弦交变电流的计量研究具有参考价值。

论文下载链接：https://pan.baidu.com/s/1eN4l799A2Zibp1p4Y3BbwQ

提取码：beyd

说明：分享的论文与发明专利《基于量子自然基准的正弦交变电流的测量装置及方法》是对应的，该专利在之前博文中已经分享过（网址链接：https://blog.sciencenet.cn/blog-310789-1313600.html）。《抽运-检测型原子磁力仪对10 kHz正弦交变电流的测量》论文是在以下两篇论文的基础上进行的深入研究，研究内容与以下两篇论文并不完全相同。这三篇论文的理论部分都由我借鉴书籍和文献亲自推导，实验装置由我亲自搭建，实验数据由我亲自测量并获得；以下两篇论文投稿时，郑文强是某项目的合作者，杨宝是在读博士研究生，他们对实验装置搭建、实验数据处理、文章撰写都有贡献，这两篇论文都发挥了其特殊作用。本次分享的论文又是一个“理论与实验并重”的例子（网址链接：https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=310789&do=blog&id=1348008）。

论文1: Miao Peixian; Zheng Wenqiang*; Yang Shiyu; Wu Bin; Cheng Bing; Tu Jianhui; Ke Hongliang; Yang Wei; Wang Ji; Cui Jingzhong; Lin Qiang. Wide-range and self-locking atomic magnetometer based on free spin precession[J]. Journal of the Optical Society of America B, 2019, 36(4):819-828.

论文2: 杨宝; 缪培贤^*; 史彦超; 冯浩; 张金海; 崔敬忠; 刘志栋. 二能级磁共振经典物理图像的理论和实验研究[J]. 中国激光, 2020, 47(10): 1012001.

需要指出的是：《二能级磁共振经典物理图像的理论和实验研究》论文实际上没有阐明磁共振曲线的拟合方法，我们不断地用人工方式改变该论文中表达式(16)的参数，用眼睛验证磁共振曲线与理论曲线的符合情况，最终挑选了一组数据作为拟合参数。《二能级磁共振经典物理图像的理论和实验研究》论文没有推导磁共振失谐时x轴和z轴信号的理论表达式，也没有讨论交变电流测量（或计量）相关的内容，因此《抽运-检测型原子磁力仪对10 kHz正弦交变电流的测量》论文与《二能级磁共振经典物理图像的理论和实验研究》论文有显著的不同。

感悟：本博文分享的论文发表在《真空与低温》期刊上，与期刊主题是相符的，原子气室是原子磁力仪的核心部件，它的制备用到了真空技术。我认为论文发表在什么期刊上并不重要，重要的是论文的内容是否是求真务实的，是否是可复现的，是否能启发读者，是否能帮助读者。假如有读者正在研究原子磁力仪，或者准备搭建抽运-检测型原子磁力仪，建议您参考本博文分享论文的理论部分。在百度百科中搜索“经典”二字，词条显示：“经典”是指具有典范性、权威性的；经久不衰的万世之作；经过历史选择出来的“最有价值经典的”；最能表现本行业的精髓的；最具代表性的；最完美的作品。因此，经典物理学必然是经久不衰的，量子力学无法挑战经典物理学的地位，这种认识在对待“量子科技革命”时尤为重要。我在之前的博文《量子计算机的物理基础牢固吗？》中总结到：普朗克一生都是量子论的怀疑者；爱因斯坦、德布罗意、薛定谔一直在强调量子力学的缺陷，并尝试将量子力学回归经典理论；狄拉克承认爱因斯坦是正确的，并认为量子力学不是最后形式，要做些改变，引进决定论就要牺牲现在某些科学家的一些见解；费曼认为量子力学存在失败的可能性，因为量子力学在测量和观察的问题上存在与哲学偏见有关的某些困难（网址链接：https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=310789&do=blog&id=1334072）。分享詹青云在“奇葩说”节目中的一段辩论视频：共享知识很美好，但是获得知识的过程很重要！（网址链接：https://haokan.baidu.com/v?pd=wisenatural&vid=8712394981464296552&source=&utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=1146818080138272768，我不认同视频中“量子力学和相对论拆毁经典物理学大厦”的观点。）

请读者再次体会“理论与实验并重”的重要性，认真审视部分“量子科技”。