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基于精密测量物理的引力及相关物理规律研究

发布时间:2013-06-05          来源:admin           浏览次数:

物理学中的四种基本相互作用(引力、电磁、强、弱)的最终统一描述是物理学的前沿科学问题之一。迄今为止,物理学家们一直努力寻找一个合适的理论来涵盖四种基本相互作用,而对引力基本性质的更加深入的研究是关键的科学问题之一。

本项目是前期973项目(2003CB716300)研究内容的延续与拓展,依托华中科技大学基本物理量测量教育部重点实验室和中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室,借助超精密扭秤弱力测量研究平台和基于冷原子/离子/分子的精密测量实验技术,对现有引力理论的基本假设和定律进行更加精密的检验,所获得的实验结果对于引力理论自身以及包罗四种基本相互作用的“统一理论”的进一步发展具有重要意义。

本项目拟回答以下关键的科学问题:牛顿万有引力常数G的测量值不吻合是否与测量方法有关?牛顿反平方定律在毫米到微米范围仍然适用吗?经典引力理论(爱因斯坦广义相对论)的基本假设之一等效原理是严格成立的吗?物质结构或组分不同的物体在引力场中下落是否具有相同的加速度?物质结构和组份相同、但其转动状态不同的物体在引力场中下落是否也具有相同的加速度?精细结构常数α的独立确定以及精度进一步提高的可能性?

本项目拟基于灵敏度达到10-16m/s2和品质因素(Q值)达到105数量级的高精密扭秤实验技术和冷原子/离子/分子精密测量实验技术,提出具有创新思想和可行性的实验研究方案,进行扭秤周期法和角加速度法精确测量牛顿万有引力常数G、近距离牛顿反平方定律实验检验、基于Li+ 离子精密光谱的精细结构常数确定、基于精密扭秤实验技术和冷原子干涉仪技术的弱等效原理实验检验、基于冷分子Bloch振荡技术检验旋转物体等效原理的前期研究、以及关于引力实验的相关理论研究。

本项目的总体目标是通过上述课题的深入研究,更加深入认识引力相互作用的特性以及相关物理规律,并希望在相关理论问题的研究方面有所突破。项目主要预期目标为:1)同时采用扭秤周期法和角加速度法测量万有引力常数G,相对测量精度达到25ppm左右;2)在微米到毫米作用程范围,将目前检验牛顿反平方定律的实验精度提高一个数量级;3)采用精密扭秤技术在10-14量级上检验等效原理是否成立;4)采用冷原子干涉技术仪在10-10-10-13量级上检验等效原理是否成立;5)实现极性分子冷却囚禁,进行旋转冷分子等效原理检验前期探索研究;6)采用囚禁冷却的Li+离子精密光谱确定精细结构常数α,预期精度达到10-8

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