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人们对自然界基本相互作用的描述基于两个成功的理论，即描述引力的广义相对论和描述电磁、强、弱相互作用的粒子物理标准模型。前者是一种经典理论，描述了一切宏观引力现象；后者是一种量子理论，描述了微观领域的其它三种基本相互作用。目前，两个理论均通过了迄今为止所有的实验检验，但并不兼容。寻找更基本的理论统一地描述自然界所有基本相互作用是物理学的重大、前沿科学问题之一。
物理学家为此提出了许多新的引力理论或模型，并由此衍生出一些新的预言，譬如描述引力相互作用强度的引力常数G不再是常量而是随空间或时间的变化而变化、牛顿引力相互作用在近距离下将偏离反平方定律、爱因斯坦假设的引力质量和惯性质量相等的等效原理将会破缺、可能存在“第五种相互作用”等等。因此，对现有引力理论的基本假设和规律进行更加精密的实验检验意义重大，无论对于理解引力的本质、寻找新的基本作用力，还是对于广义相对论的进一步发展都具有重要的理论和现实意义。
国际上目前的引力基本性质实验研究进展并不理想，根本原因主要归结为以下几点：（1）引力是目前已知四种基本相互作用力中最弱的一种；（2）引力无法屏蔽；（3）外界噪声耦合与仪器系统误差常成为精密测量引力基本性质的“瓶颈”问题。这些因素致使通过实验精确测量引力相互作用、检验其基本性质和规律变得极其艰难，且进展极为缓慢。本课题组依托优越的山洞实验室环境（恒温、恒湿、隔振等），利用超精密扭秤实验技术作为弱力测量研究平台，挖掘巧妙的实验方案设计、发展先进的针对性实验技术、开展系统的实验误差评估，以求有效提高三大经典静态引力实验（万有引力常数的精确测量、近距离牛顿反平方定律实验检验以及等效原理的检验）精度，为大统一理论寻找实验依据。同时，也开展着广义相对论及其实验检验的相关理论工作，升华精密测量实验结果背后的物理内涵，研究范围包括洛伦兹不变性检验、引力波物理、原子干涉与量子测量等。
围绕着上述科学问题，本课题组开展的科学研究包括但不限于：
1. 引力相关理论研究
2. 万有引力常数G的精确测量
3. 基本物理规律的检验（牛顿反平方定律的实验检验、等效原理的实验检验、真空双折射效应的测量、自旋相关作用力的检验……）
4. 精密弱力测量技术的研究（精密扭秤、高精度自准直仪、微推进器的标定……）
5. 光力学效应的研究