Res.5 原子干涉法测引力常数G
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原子干涉法测引力常数G
万有引力定律描述了物体间的引力相互作用，该力的大小与物体的质量成正比、与距离的平方成反比，其中的万用引力常数G则表征了万有引力相互作用的强度，是目前相对精度最低的基本物理常数，万有引力常数测量也被评述为最难的物理实验之一。引力中心从上世纪80年代就开始利用高灵敏扭秤进行万有引力常数测量研究，为提高万有引力常数测量精度做出了巨大的贡献，并于2018年在国际上首次实现同一实验室两种不同方法20 ppm水平的万有引力常数测量，引起科学界广泛关注。
目前世界范围内大部分高精度的万有引力常数测量都基于高灵敏度的扭丝，但来自不同研究小组的测量结果在各自给出的不确定度范围内并不吻合，这预示着传统的万有引力常数测量可能存在未知系统误差。而原子干涉技术是一种不依赖于扭丝的量子测量技术，利用原子干涉法测G有利于探索传统测G中的可能未知系统误差。图1是本课题组原子干涉法测G的实验装置示意图。
图1 原子干涉法测G实验装置示意图
在完成方案设计、装置搭建后，实现原子干涉重力梯度原理性测量，重力梯度测量灵敏度达到99E/Hz1/2，达到国际同类型装置的先进水平[Rev. Sci. Instrum. 92, 053202 (2021)]。随后进一步完成了源质量系统搭建，包括移动和定位装置和钨合金球的相关参数测量，并利用高速CCD对测量过程中原子团的尺寸、位置等相关参数进行了测量，开展原子干涉系统和引力源质量系统的联合运行实验，实现原子干涉法测G原理性实验。
图2 原子团位置测量装置