【基金標(biāo)書】2010CB832800-基于精密測量物理的引力及相關(guān)物理規(guī)律研究

項(xiàng)目名稱： 基于精密測量物理的引力及相關(guān)物理規(guī)律研究 首席科學(xué)家： 羅俊 華中科技大學(xué) 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部門： 教育部 一、研究內(nèi)容 1、本項(xiàng)目主要研究內(nèi)容 本項(xiàng)目基于精密扭秤和激光干涉精密測量實(shí)驗(yàn)技術(shù)和原子干涉儀為公共研究平臺，對現(xiàn)有引力理論的基本假設(shè)和定律進(jìn)行更加精密的檢驗(yàn)，并為大統(tǒng)一理論的發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。主要研究內(nèi)容有：探索引力相互作用的基本性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究、弱力測量技術(shù)研究以及背景環(huán)境物理場研究。 1). 探索引力相互作用基本性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)與理論研究： 實(shí)驗(yàn)研究 利用精密扭秤和冷原子 /離子 /分子干涉作為微弱相互作用的測量手段，并通過巧妙與優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，進(jìn)行萬有引力常數(shù) 距離牛頓反平方定律實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、等效原理檢驗(yàn)（包括扭秤方案、冷原子方案、旋轉(zhuǎn)冷分子方案）、 精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) 確定 等實(shí)驗(yàn)研究。 相關(guān)理論研究 深入研究相關(guān)的引力理論及其預(yù)言的物理效應(yīng)，如：有 撓力場的物理效應(yīng)、額外維理論、 近距離作用程 牛頓反平方定律的偏離、宏觀物體旋轉(zhuǎn)是否會影響等效原理的成立等。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對這些理論預(yù)言進(jìn)行驗(yàn)證，同時根據(jù)理論預(yù)言，改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步檢驗(yàn)這些效應(yīng)，為最 終統(tǒng)一四種基本相互作用提供可 能 的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 2). 弱力測量技術(shù)研究： 精密扭秤特性研究 精密扭秤是地面靈敏度最高的弱力檢測工具之一，它被廣泛應(yīng)用于萬有引力等微弱相互作用的精確測量以及材料特性的研究等諸多研究領(lǐng)域。懸絲扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù) 的比值 K/此對懸絲扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù) 線性、熱彈性、滯彈性、老化等）和尋找提高扭秤 高精度噴泉式原子干涉儀技術(shù)研究 包括雙組份原子同步干涉儀方案、高束流原子束的產(chǎn)生 、超高真空系統(tǒng)的獲得與測量、磁光阱與冷原子相干加速、光脈沖的整形與控制、磁場屏蔽問題、原子之間碰撞可能引起的光頻移問題、干涉過程中原子團(tuán)的時間同步問題、原子團(tuán)質(zhì)心起始位置的重合問題、地基震動的主動隔離與反饋控制、信號測量與系統(tǒng)控制等。 囚禁離子精密譜研究 包括利用微型非標(biāo)準(zhǔn)的 頻 )阱囚禁輕離子 卻，探測激光的穩(wěn)頻和超窄線寬的實(shí)現(xiàn)，離子精密譜的極限突破，各種環(huán)境以及激光和場效應(yīng)的影響等。 極性分子冷卻囚禁和高速定向轉(zhuǎn)動 研究 包括考慮高速定向轉(zhuǎn)動時分子的有效冷卻方法，極化的電磁場與極性 冷分子相互作用，極性分子 級定向轉(zhuǎn)動方法，超冷分子高速轉(zhuǎn)動時的物理效應(yīng)，檢測分子轉(zhuǎn)動狀態(tài)的可能途徑，光晶格中高速旋轉(zhuǎn)冷分子 蕩等。 精密傳感技術(shù)研究 引力實(shí)驗(yàn)研究涉及到長度、位移、質(zhì)量以及時間等物理量的精確測量。對這些物理量進(jìn)行測量的精度水平，在很大程度上影響著物理實(shí)驗(yàn)的最終精度。我們將根據(jù)引力實(shí)驗(yàn)的具體特點(diǎn)，開展高精度角位移傳感、相對位置的非接觸測量、激光微位移傳感、激光外差干涉等技術(shù)的深入研究。 微弱信號的數(shù)據(jù)處理方法研究 借用現(xiàn)代數(shù)字信號處理方法，同時考慮系統(tǒng)動態(tài)特性與 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自身的特點(diǎn)，研究高精度特征信號提取的方法。 3). 背景物理場研究： 外界引力場、電磁場、溫度場以及振動等背景物理場將對扭秤系統(tǒng)產(chǎn)生影響。一方面， 研究精密扭秤對這些背景物理場響應(yīng)的機(jī)理，尋找減小這些效應(yīng)對實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)耦合的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計，抑制背景物理場對扭秤系統(tǒng)的影響 ；另一方面通過調(diào)節(jié) 背景場的大小，研究精密扭秤對背景場的依賴關(guān)系。 然后 對實(shí)驗(yàn)背景場進(jìn)行同步監(jiān)測，并和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，扣除背景場影響，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)精度。 2、本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題 1） 萬有引力常數(shù) G 的精確測量 萬有引力常數(shù) G 是目前精度最差的 基本物理常數(shù)。近十年來，盡管國際上幾個實(shí)驗(yàn)小組都認(rèn)為自己的測 G 實(shí)驗(yàn)達(dá)到了 51050量級的相對精度，但事實(shí)上各小組之間測量結(jié)果的吻合度僅達(dá)到200平。這進(jìn)一步說明萬有引力常數(shù) G 的測量是一項(xiàng)極其復(fù)雜和艱巨的工作， 并暗示 在已給出的測 G 結(jié)果中，可能存在未被認(rèn)識的系統(tǒng)誤差，或者萬有引力定律本身需要修正。 2） 近距離牛頓反平方定律實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 牛頓反平方定律在天文尺度上出現(xiàn)廣義相對論的修正，但是在介觀或者微觀尺度上會出現(xiàn)什么樣的修正至今尚不清楚。20 世紀(jì)后半葉，科學(xué)家們開始關(guān) 注引力常數(shù)隨時空的變化以及與萬有引力有關(guān)的一些反常現(xiàn)象，人們對牛頓反平方定律的正確性進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。目前，雖然實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)排除了 型預(yù)言的兩個空間額外維（對應(yīng) 于 亞毫米作用程），但是在更近距離 上 的理論模型仍然相當(dāng)豐富，更高精度和更近距離的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)將為統(tǒng)一場論的進(jìn)一步發(fā)展提供直接的實(shí)驗(yàn)支撐。 3） 基于精密扭秤技術(shù)、冷原子干涉儀技術(shù)、和 旋轉(zhuǎn) 冷分子的等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 等效原理最早由伽利略提出，經(jīng)牛頓等人進(jìn)一步明確表述后，愛因斯坦將等效原理作為廣義相對論的一個基本假設(shè)。事實(shí)上，等效原理并不適用于其它相 互作用，它是愛因斯坦廣義相對論獨(dú)有的一個初始假設(shè)。幾乎所有試圖將引力和其它相互作用統(tǒng)一的理論都要求等效原理破缺。這也是為什么等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)被科學(xué)界所特別重視的原因之一。本項(xiàng)目擬采取三種不同的方式檢驗(yàn)等效原理 ：采用基于精密扭秤技術(shù)和基于冷原子干涉儀技術(shù)分別從宏觀和微觀上 檢驗(yàn) 等效原理是否嚴(yán)格成立 ； 采用基于冷分子 蕩 技術(shù) 檢驗(yàn)旋轉(zhuǎn)物體等效原理 是否成立， 即回答物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組份相同、但是其轉(zhuǎn)動狀態(tài)不同的物體在引力場中下落是否也具有相同的加速度。 4） 子精 密光譜與精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) 確定 由于 子 有與氦原子相似的能譜結(jié)構(gòu)，理論上能譜可以高精度計算，實(shí)驗(yàn)上冷卻及外場操控 較 子容易實(shí)現(xiàn) ， 因而是精密光譜研究和確定精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的 優(yōu)選體系。本課題擬利用囚禁冷卻的 單個 子體系對 2細(xì)與超精細(xì)能級進(jìn)行高精度測量，同時開展獨(dú)立的束縛三體 論與計算。課題開展對輕離子的囚禁冷卻機(jī)理、光譜技術(shù)發(fā)展、束縛態(tài) 獨(dú)立檢驗(yàn)和精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的獨(dú)立確定有重要意義。擬研究內(nèi)容包括： 子的穩(wěn)定囚禁和激光冷卻機(jī)制與機(jī)理 ； 光頻躍遷頻率的精確測量；庫倫三體束縛態(tài) 論的高精度獨(dú)立檢驗(yàn)； 子體系精 密 光 譜測量 結(jié)合 論計算確定精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) 。 5） 引力理論及相關(guān)內(nèi)容研究 當(dāng)前的幾個熱點(diǎn)前沿方向包括宇宙學(xué)以及黑洞物理和量子信息，這些方向的研究對于認(rèn)識物質(zhì)世界的引力物理規(guī)律和人類的世界觀有著重要的科學(xué)意義。圍繞著暴漲和宇宙早期的一些困惑依然懸而未決 。盡管人們已有了所謂的宇宙和諧模型：暴漲 +大爆炸模型 +暗物質(zhì) +暗能量的宇宙模型，但是，暗物質(zhì)的成份和性質(zhì)是什么？暗能量的本質(zhì)是什么？這些基本問題仍有待人們來回答。自上世紀(jì)七十年代以來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)黑洞像一個普通的熱力學(xué)體系，其質(zhì)量 、 溫度 、 熵等熱力學(xué)量滿足熱力 學(xué)第一定律；黑洞也滿足其他的幾個熱力學(xué)定律。時空的動力學(xué)（引力）和熱力學(xué)定律存在本質(zhì)的聯(lián)系嗎？當(dāng)前的成果暗示了引力理論和熱力學(xué)理論存在深刻的內(nèi)在聯(lián)系，這一內(nèi)在聯(lián)系應(yīng)當(dāng)與引力的本質(zhì)和它的全息性質(zhì)有關(guān)。在其它引力背景中這種引力的全息圖是如何實(shí)現(xiàn)的？相對應(yīng)的非引力理論應(yīng)該具有什么性質(zhì)？ 量子糾纏是被看作實(shí)現(xiàn)各種量子信息過程及協(xié)議的一種資源，已經(jīng)成為量子力學(xué)許多基礎(chǔ)工作的中心。當(dāng)量子系統(tǒng)存在多粒子時，量子糾纏就會呈現(xiàn)一個很重要的特征即相對性。量子隱形傳態(tài)在實(shí)驗(yàn)上的實(shí)現(xiàn)，不僅使人們確信量子糾纏在量子通訊及量子計算中所扮 演的關(guān)鍵角色，而且必將掀起一場新的信息技術(shù)革命，而且它所揭示的量子力學(xué)非定域性，也許正是弦理論或者量子引力理論所期待的。一個值得深入思考的問題是：能否在考慮一些特殊時空背景中量子超空間傳態(tài)的基礎(chǔ)上，給出各種時空參數(shù)對量子通訊的影響，甚至討論彎曲時空中量子隱形傳態(tài)的普遍規(guī)律？ 二、預(yù)期目標(biāo) 本項(xiàng)目的 總體目標(biāo) ： 利用精密扭秤和冷原子 /離子 /分子精密測量技術(shù)進(jìn)行引力及其相關(guān)物理規(guī)律的研究，使我國在萬有引力常數(shù)的測量、近距離牛頓反平方定律實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 、以 及 離子精密光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) 確 定等基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在宇宙學(xué)、量子信息等理論方面取得積極進(jìn)展，同時培養(yǎng)一批優(yōu)秀的中青年實(shí)驗(yàn)物理科學(xué)工作者。 五年 預(yù)期 目標(biāo) ： 1采用扭秤周期法和角加速度法兩種方法分別將萬有引力常數(shù) G 的測量精度提高到 25右的水平， 尋找兩種方法中可能存在的系統(tǒng)誤差， 進(jìn)一步鞏固我國在此領(lǐng)域的地位； 2利用精密扭秤在毫米到微米作用程范圍檢驗(yàn)牛頓反平方定律，將目前國際上的該作用程的實(shí)驗(yàn)精度提高一個數(shù)量級，研究高維時空理論的可能推論； 3采用精密扭秤和信號調(diào)制方法， 研究電荷管理的有效途徑，解決背景引力 場梯度的影響問題， 在 10 4利用原子干涉儀精確測量不同質(zhì)量的冷原子（如 856）的 重力加速度， 并 在 100 5實(shí)現(xiàn)極性分子冷卻囚禁， 開展 定向轉(zhuǎn)動冷分子的 蕩前期研究，為開展旋轉(zhuǎn)冷分子等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)進(jìn)行探索研究； 6 實(shí)現(xiàn)飛秒光學(xué)頻率梳對囚禁冷卻 子 2細(xì)能級躍遷 頻率 的精確測量， 相對精度達(dá)到 10開展獨(dú)立的束縛三體 論與計算，理論計算能級精度達(dá)到 10理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合確定精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，精度達(dá)到 10 7在宇宙學(xué)、彎曲時空中量子糾纏等理論研究中取得積極進(jìn)展。 三、研究方案 本項(xiàng)目的基本出發(fā)點(diǎn)是尋找新的相互作用，開展引力基本規(guī)律和 論檢驗(yàn)。在引力基本規(guī)律研究中，進(jìn)行萬有引力定律和等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。對萬有引力定律的檢驗(yàn)包括兩個方面：分別是進(jìn)行萬有引力常數(shù) G 的精確測量和近距離牛頓反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。在等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)中，分別通過精密扭秤、冷原子自由落體和旋轉(zhuǎn)冷分子三種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。另外擬通過對 子的精密光譜測量開展關(guān)于束縛態(tài) 論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，進(jìn)行精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的測量。項(xiàng)目的六個課題之間的關(guān)系如圖 1 所示，項(xiàng)目的科學(xué)目標(biāo)是尋找可能存在的新的相互作用，為“大統(tǒng)一”理論提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，課題的理論研究圍繞當(dāng)前該領(lǐng)域的熱點(diǎn)和基礎(chǔ)前沿問題，為后期引力實(shí)驗(yàn)的發(fā)展方向提供指導(dǎo)。 圖 1 課題間研究內(nèi)容關(guān)系示意圖 1 學(xué)術(shù)思路 瞄準(zhǔn)基礎(chǔ)物理學(xué)研究中最前沿最根本的問題，預(yù)期研究結(jié)果 有可能 對物理學(xué)產(chǎn)生重大影響： 本項(xiàng)目重要特色是它的基礎(chǔ)性，前沿性和交叉性。 理論物理學(xué)的目標(biāo)之一是建立一個統(tǒng)一四種基本 相互作用的大統(tǒng)一理論，以解釋宇宙萬物的運(yùn)行規(guī)則。目前，統(tǒng)一場論的核心問題是時空必須被量子化，但我們對于量子時空的真正物理內(nèi)涵并不清楚。人們普遍認(rèn)為有必要對引力相互作用的基本性質(zhì)進(jìn)行更深入的研究，從而促進(jìn)引力理論自身和大統(tǒng)一理論的發(fā)展。 2 技術(shù)途徑 本項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)思路是基于精密扭秤和冷原子兩個技術(shù)平臺進(jìn)行精密測近距離精密 扭秤 原子 轉(zhuǎn)冷分子 i+離子測量 束縛態(tài) 力相互作用 電磁相互作用 尋找新的相互作用 萬有引力定律 等 效 原 理 課題 1 課題 2 課題 4 課題 5 課題 6 課題 3 量物理的實(shí)驗(yàn)研究（六個課題之間的關(guān)系如圖 2 所示），在精密扭秤平臺上開展三個方面的課題研究，分別是：萬有引力常數(shù) G 的精確測量，近距離牛頓反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，以及基于精密扭秤的弱等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。基于 冷原子干涉技術(shù)平臺開展：冷原子和旋轉(zhuǎn)冷分子等效原理檢驗(yàn)，以及基于 子的精密光譜測量的精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)測量。兩個平臺分別從宏觀和微觀上對引力及相關(guān)物理規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，兩個平臺的聯(lián)系在于：分別通過宏觀的精密扭秤和微觀的冷原子干涉技術(shù)對弱等效原理的檢驗(yàn)，并相互驗(yàn)證。項(xiàng)目的技術(shù)目標(biāo)是希望能夠推動我國精密測量物理學(xué)科的發(fā)展。 圖 2 課題實(shí)施的技術(shù)思路示意圖 各課題分別以精密扭秤和冷原子 /離子 /分子精密測量為公共技術(shù)平臺，相互之間從技術(shù)到科學(xué)內(nèi)涵形成有機(jī)的整體： 基本物理量測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長期從事靜態(tài)引力實(shí)驗(yàn)和理論研究，已經(jīng)初步建成的精密扭秤測量平臺已經(jīng)能夠常年運(yùn)行，并已在引力實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域取得一些積極成果和重要進(jìn)展。本項(xiàng)目將以此為基礎(chǔ)，充分利用冷原子 /離子 /分子精密測量平臺和改進(jìn)的精密扭秤技術(shù)弱力測量平臺，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)環(huán)境背景場的長期檢測與相關(guān)研究，以期建立更高精度的弱力測量技術(shù)平臺，在此基礎(chǔ)上完成各個實(shí)驗(yàn)課題的研究。 3 創(chuàng)新點(diǎn)與特色 本項(xiàng)目的研究內(nèi)容如萬有引力常 數(shù)的精確測量、等效原理與額外維時空實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)都直接關(guān)系到廣義相對論的理論基礎(chǔ)， 而 宇宙學(xué)、彎曲時空中量子糾纏等理論研究 則 是當(dāng)前該領(lǐng)域的熱點(diǎn)和基礎(chǔ)前沿問題，涉及到引力理論 、 量子場論 、 超弦理論 、 宇宙學(xué) 、 基本粒子物理等許多學(xué)科。創(chuàng)新之處在于 從 微觀、宏觀、宇觀近距離精密 扭秤 原子 轉(zhuǎn)冷分子 i+離子測量 精密扭秤 冷原子 精密測量物理 課題 1 課題 2 課題 4 課題 5 課題 6 課題 3 宏 觀 微 觀 不同尺度的物理規(guī)律來理解我們的自然。研究的目標(biāo)是 針對 引力的本質(zhì)、時空的結(jié)構(gòu)、真空的性質(zhì)和宇宙的演化模型等基本問題。 4 可行性分析 本項(xiàng)目是以建立弱力測量平臺為基礎(chǔ)，開展引力與相關(guān)物理 規(guī)律 的 檢驗(yàn) 研究，由基本物理量測量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華中科技大學(xué)）主持實(shí)施。項(xiàng)目的 目標(biāo)是針對廣義相對論與量子場論中的基本物理定律，進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究。 華中科技大學(xué)的引力實(shí)驗(yàn)與理論研究群體自 1983 年以來一直從事以靜態(tài)引力實(shí)驗(yàn)為主的精密測量研究工作，在引力物理實(shí)驗(yàn)和相關(guān)物理量精密測量領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了一些重要研究成果。這些相關(guān)研究工作基礎(chǔ)和山洞實(shí)驗(yàn)條件，為我們開展本項(xiàng)目研究提供了基本的保證。冷原子引力實(shí)驗(yàn)依托中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所波譜與原子分子物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開展了小型噴泉式干涉儀的前期實(shí)驗(yàn)工作，在重力加速度精密測量與噴泉式 子干涉儀的研究方面取得了階段性進(jìn) 展。前期相關(guān)研究工作的積累為本項(xiàng)目科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了有力支撐。 四、年度計劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 1）進(jìn)行各實(shí)驗(yàn)課題的方案設(shè)計與數(shù)學(xué)建模； 2）扭秤周期法測 G 實(shí)驗(yàn)扭秤系統(tǒng)加工，分別采用光學(xué)干涉方法和精密天平檢驗(yàn)扭秤和吸引質(zhì)量的密度均勻性，各種背景場調(diào)制實(shí)驗(yàn)，給出扭絲對各種背景場變化的響應(yīng)關(guān)系； 3） 毫米作用程和亞毫米作用程牛頓反平方定律檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，扭秤等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 中扭秤系統(tǒng)加工； 4）建立囚禁 子系統(tǒng)， 搭建真空系統(tǒng)和線形離子阱， 1097光倍頻 光的倍頻腔設(shè)計、加工、安裝和調(diào)試， 正領(lǐng)頭項(xiàng)（ 3）的獨(dú)立計算； 5） 石英絲的紫外放電現(xiàn)象與相關(guān)問題研究，等效原理實(shí)驗(yàn)環(huán)境重力梯度對旋轉(zhuǎn)扭秤系統(tǒng)的影響研究，給出扭擺與檢驗(yàn)質(zhì)量的最優(yōu)化配置； 6） 完善高精度噴泉式原子干涉儀單元技術(shù)，調(diào)研并分析暴漲宇宙模型及相關(guān)的物理問題，探索自引力體系平衡態(tài)的定義； 7）分子冷卻方法論證，極性分子 驗(yàn)真空系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)等平臺建設(shè)。 1）完成各實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計與數(shù)學(xué)建模， 給出實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化配置； 2）吸引質(zhì)量球直徑測量精度達(dá)到 交周期法測 G 實(shí)驗(yàn)中各種背景場調(diào)制實(shí)驗(yàn)報告； 3） 毫米作用程和亞毫米作用程牛頓反平方定律檢驗(yàn) 中扭秤的牛頓引力矩變化小于 510 設(shè)計報告； 4）建立離子阱系統(tǒng)，建立 成 正領(lǐng)頭項(xiàng)的獨(dú)立理論推導(dǎo)與計算，數(shù)值計算精度提高兩個量級。 5） 等效原理實(shí)驗(yàn)扭擺與檢驗(yàn)質(zhì)量的最優(yōu)化配置分析報告； 6） 建成高精度原子干涉儀實(shí)驗(yàn)平臺，在 的有效性的研究方面取得初步成果； 7）提交分子冷卻方法論證報告和 第 二 年 1）扭秤實(shí)驗(yàn)環(huán) 境背景引力場補(bǔ)償，扭秤課題 實(shí)驗(yàn)裝置整體調(diào)試； 2）進(jìn)行周期法測 G 實(shí)驗(yàn)完整過程，角加速度法測 型自準(zhǔn)直儀設(shè)計與研制； 3）毫米作用程范圍 （ 牛頓反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)； 4）建立 光穩(wěn)頻的基本系統(tǒng)，研制 線寬激光系統(tǒng)，開展 子的囚禁和冷卻實(shí)驗(yàn)，繼續(xù)張 論和 理論的重新推導(dǎo)和驗(yàn)證； 5) 4 階相對論和 正中的獨(dú)立數(shù)值計算 5） 進(jìn)行靜態(tài)扭秤方案等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)， 扭秤系統(tǒng)運(yùn)動的預(yù)先補(bǔ)償反饋控制 ； 6） 分析與評估各單項(xiàng)噪 聲源對重力加速度測量精度的影響， 建立可能的暴漲宇宙模型； 7） 級冷卻實(shí)驗(yàn)研究，冷分子定向高速轉(zhuǎn)動時的電磁輻射、轉(zhuǎn)動分子間的相位相干性等物理效應(yīng)研究。 8）項(xiàng)目中期總結(jié) 1）給出扭秤周期法測 G 實(shí)驗(yàn)初步結(jié)果，角加速度法測 G 實(shí)驗(yàn)中自準(zhǔn)直儀角度測量分辨率達(dá)到 10 2）毫米作用程范圍（ 頓反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo) ; 3） 實(shí)現(xiàn) 子的囚禁和冷卻 ，完成獨(dú)立理論推導(dǎo) 80%的工作和 4 的獨(dú)立數(shù)值計算， 2遷頻率計算相對精度達(dá)到 10 4）課題中期總結(jié)報告。 4）實(shí)現(xiàn)扭秤系統(tǒng) 運(yùn)動的預(yù)先補(bǔ)償反饋控制； 5）提交 各單項(xiàng)噪聲源對重力加速度測量精度報告，建立可能的暴漲宇宙模型， 在平均場近似下給出可能的短程力的形式。 6）完成極性分子 級冷卻初步實(shí)驗(yàn)，提交 K 量級水平初步冷卻實(shí)驗(yàn)報告； 7）項(xiàng)目中期總結(jié)報告。 第 三 年 1）周期法測 G 實(shí)驗(yàn)中扭絲滯彈性效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累；角加速度法測 G 實(shí)驗(yàn)中兩個轉(zhuǎn)臺性能測試，吸引質(zhì)量定位測量； 2）亞毫米范圍（ 頓反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)力矩探測本領(lǐng)達(dá)到210平，微米范圍 （ 驗(yàn)設(shè)計和扭秤電荷管理方案設(shè)計。 3）囚禁離子微運(yùn)動的影響與評估，囚禁離子的外電、磁場效應(yīng)的測量，張 論和 理論高階 5階修正的獨(dú)立推導(dǎo)和 5正數(shù)值計算； 4）進(jìn)行等效原理旋轉(zhuǎn)扭秤方案的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，環(huán)境背景監(jiān)測研究； 5） 重力加速度測量系統(tǒng)誤差的分析與評估，重力精密測量的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究，研究原初擾動產(chǎn)生的物理機(jī)制，探索其可能的觀測信號； 6）采用微波場驅(qū)動極性分子 用于驅(qū)動分子高速轉(zhuǎn)動的飛秒脈沖激光系統(tǒng)和分子轉(zhuǎn)動探測系統(tǒng)研制 。 1）給出周期法測 G 實(shí)驗(yàn)正式結(jié)果，相對精度達(dá)到 25加速度法測G 實(shí)驗(yàn)球位置測量精度達(dá)到 個轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性達(dá)到 10s； 2）完成亞毫米作用程范圍 （ 頓反平方定律的初步實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)； 3）完成影響囚禁離子光頻測量的微運(yùn)動、外場和環(huán)境效應(yīng)的測量與評估，完成全部 論推導(dǎo)，得到全部 5階修正等效算子； 4） 等效原理的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)達(dá)到 10 5） 利用冷原子干涉儀實(shí)現(xiàn)重力加速度的精確絕對測量，測量精度優(yōu)于10步建立起暗物質(zhì)自引力體系平衡態(tài)的統(tǒng)計物理理論； 6） 實(shí)現(xiàn)分子 級定向轉(zhuǎn)動， 完成激光系統(tǒng)、分子轉(zhuǎn)動探測、 光晶格系統(tǒng)。 第 四 年 1）角加速度法測 G 數(shù)據(jù)處理方法研究，雙轉(zhuǎn)臺跟蹤控制調(diào)試，進(jìn)行角加速度法測 G 初步實(shí)驗(yàn)； 2）亞毫米作用程范圍（ 頓反平方定律的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，微米范圍（ 荷管理的實(shí)驗(yàn)研究； 3）利用飛秒光梳測量 子的23遷頻率，研究各種物理效應(yīng)對 23遷的影響，實(shí)現(xiàn)外界電磁場的精確控制， 5階 正的數(shù)值計算； 4）降低扭秤的結(jié)構(gòu)阻尼研究，提高回轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)動精度，降低傾斜誤差， 等效原理的旋轉(zhuǎn)扭秤方案的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)； 5）采取下落和上拋方案開展 6展利用雙組份原子干涉儀實(shí)驗(yàn)研究，在理論上研究暗物質(zhì)和暗能量的場論模型； 6） K 量級水平超冷分子的實(shí)驗(yàn)研究，分子冷卻溫度、分子數(shù)目探測； 采用高功率飛秒脈沖激光驅(qū)動超冷分子 平定向轉(zhuǎn)動實(shí)驗(yàn)研究；