原子干涉法检验洛伦兹对称性的实验研究

The test of Lorentz invariance (LI) is important for the fundamental postulate of relativity and standard model theory. It also plays an important role in finding a unified theory of quantum gravity. Limited by the sensitivity of gravitational experiments, the precision on the LI test in the gravity sector is quite lower than that in the matter sector. Based on our former atomic gravimeter, we propose to test the gravity sector of LI using high precision atom interferometer. By futher supressing the phase noise and increasing the scale factor of the atom interferometer, the precision on the test of pure space part of Lorentz violation tensor in gravity sector is expected at level of 10-10, which is about one order higher than before. It is also expected that the precision on time-space part will be improved by about five times by further enhancing the long term stability of our atom interferometer.

洛伦兹对称性的高精度实验检验，不仅关系到相对论和标准模型理论的基本假设是否成立，还对建立自洽的量子引力理论有重要研究意义。受限于引力探测灵敏度的限制，洛伦兹对称性在引力部分的实验检验精度远低于物质部分。本项目拟在课题组前期铷原子干涉引力测量研究的基础上，采用原子干涉法对洛伦兹对称性的引力部分进行高精度实验检验。本课题拟通过降低探测噪声、增大干涉相移信号等方法提高原子干涉仪的短期分辨率，在10-10相对精度上检验引力部分的洛伦兹对称性的空间分量是否破缺；拟通过系统误差调制等法方提高原子干涉仪的长期稳定性，将时空分量的当前检验精度提高五倍。

洛伦兹对称性是物理学的基本对称性之一，也是相对论和标准模型的基本假设。用验洛伦兹对称性的高精度实验检，不仅能验证这一基本假设是否成立，还对物理学建立自洽的量子引力理论有重要研究意义。受限于引力探测灵敏度的限制，洛伦兹对称性在引力部分的实验检验精度远低于物质部分。本项目采用原子干涉法对洛伦兹对称性的引力部分进行高精度实验检验。开展了布拉格型原子干涉重力测量研究，对物质波波源制备、波包相干操控、环境噪声引起的退相干机制、低噪声末态探测等关键技术进行攻关，实现了原子波包的高效布拉格衍射，研制了高精度的布拉格原子干涉仪。第一阶和二阶Bragg衍射效率分别达到了99%和92%，二阶干涉条纹对比度在演化时间为500ms时达到40%；实现了自旋叠加态原子的差分重力测量，相对精度达到10-9。开展了洛伦兹破缺信号处理研究，利用原子干涉仪的测量数据，初步给出了破缺张量场的上限。