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----广义相对论及其实验检验

发布时间:2018-04-12          来源:           浏览次数:

一、小组成员:

教  师:邵成刚  教授(cgshao@hust.edu.cn

博士后:谈玉杰   博士(yjtan@hust.edu.cn

博士生:谢博娅,陈亚芬,秦成刚,路晓宇,王亚杰,王盼盼

硕士生:丁露

二、主要研究领域及成果:

在过去的一个世纪里,虽然广义相对论经受住了所有的实验检验,但这并不意味着这个理论是绝对正确的。引力和量子力学一直无法融合、以及宇宙学观测意外发现的宇宙加速膨胀(即暗能量)等现象均引发了人们对爱因斯坦广义相对论有效性的质疑,也激励着更高精度下检验广义相对论实验的开展。本小组主要从事广义相对论及其实验检验相关工作,研究范围包括:引力理论、引力波物理、宇宙学、引力实验误差分析、量子测量与相关实验技术等。目前开展的研究方向主要包括:

1. 检验标准模型扩展(SME)

标准模型扩展(SME)在描述系统的拉氏量中除了考虑标准模型描述的物质项、广义相对论描述的引力项之外,还引入了一系列的粒子洛伦兹对称性破缺项。本小组已结合现有实验数据,对洛伦兹破缺系数给出了相应限制,提出了洛伦兹破缺效应针对性的实验测量方案,以期在更高水平上对其进行检验,相应的实验正在开展。 

图1:近距离扭秤引力实验中粒子洛伦兹对称性破缺背景场。

 

相关论文发表:

[1] Cheng-Gang Shao, Ya-Fen Chen, Yu-Jie Tan, Jun Luo, and Shan-Qing Yang. Enhanced sensitivity to Lorentz invariance violations in short-range gravity experiments. Physical Review D, 2016, 94: 104061.

[2] Cheng-Gang Shao, Yu-Jie Tan, Wen-Hai Tan, Shan-Qing Yang, Jun Luo, Michael Edmund Tobar, Quentin G. Bailey, J. C. Long, E. Weisman, R. Xu, and V. A. Kostelecký, Combined search for Lorentz violation in short-range gravity. Physical Review letters, 2016, 117: 071102.

[3] Cheng-Gang Shao, Yu-Jie Tan, Wen-Hai Tan, Shan-Qing Yang, Jun Luo, and Michael Edmund Tobar. Search for Lorentz invariance violation through tests of the gravitational inverse square law at short ranges. Physical Review D, 2015, 91: 102007.

[4] 邵成刚,陈亚芬,谈玉杰,利用近距离牛顿反平方定律实验探索洛伦兹不变性破缺效应,科学通报,2015, 60, 34:3278-3286. 

2. 发展冷原子惯性传感器的相对论性的理论模型

作为一种高灵敏度的工具,原子干涉仪在许多精密测量实验中扮演着非常重要的角色。而且,随着原子干涉技术的快速发展,用原子干涉仪检验广义相对论效应变成了可能。本小组主要考虑为原子惯性传感器建立高精度的相对论性的理论模型,为一些较弱信号的测量方案(如用原子干涉仪测引力波)提供一定的理论分析支撑。 

相关论文发表:

[1] Ya-Fen Chen, Yu-Jie Tan, Cheng-Gang Shao. Experimental Design for Testing Local Lorentz Invariance Violations in Gravity. Symmetry, 2017, 9: 219.

[2] Yu-Jie Tan, Cheng-Gang Shao, Zhong-Kun Hu. Time delay and the effect of the finite speed of light in atom gravimeters. Physical Review A, 2017, 96: 023604.

[3] Yu-Jie Tan, Cheng-Gang Shao, Zhong-Kun Hu. Relativistic effects in atom gravimeters. Physical Review D, 2017, 95: 024002.

[4] Yu-Jie Tan, Cheng-Gang Shao, and Zhong-Kun Hu. Finite-speed-of-light perturbation in atom gravimeters. Physical Review A, 2016, 94: 013612.

[5] Yu-Jie Tan, Cheng-Gang Shao, Jia-Li, and Zhong-Kun Hu. A general relativistic model for free-fall absolute gravimeters. Metrologia, 2016, 53: 846–852.

[6] Cheng-Gang Shao, Yu-Jie Tan, Jia-Li, and Zhong-Kun Hu. The speed of light perturbation in absolute gravimeters from the viewpoint of “relativistic geometry” . Metrologia, 2015, 52: 324–329.

[7] Cheng-Gang Shao, De-Kai Mao, Min-Kang Zhou, Yu-Jie Tan, Le-Le Chen, Jun Luo, and Zhong-Kun Hu. Raman-pulse-duration effect in gravity gradiometers composed of two atom interferometers. Physical Review A, 2015, 92: 053613. 

3.高精度下检验广义相对论效应

当前广义相对论检验的许多空间计划目标之一是通过Shapiro延迟来测量后牛顿参数γ。随着空间实验技术的不断提高,本小组围绕着引力场中光线偏折效应开展构建更高精度的理论模型。同时,考虑到空间计划中时钟同步与频率比对是检验广义相对论的必要环节,本小组也在开展时间与频率传输在天琴、LISA等计划中的应用。 

相关论文发表:

[1] Cheng-Gang Qin, Cheng-gang Shao. General post-Minkowskian expansion and application of the phase function. Physical Review D, 2017, 96: 024003.

[2] Jie Luo, Yuan Tian, Dian-Hong Wang, Cheng-Gang Qin, Cheng-Gang Shao. Measurement of the PPN parameter γ by testing the geometry of near-Earth space. Gen. Relativ. Gravit., 2016, 48: 73.


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