基于旋轉(zhuǎn)冷分子等效原理檢驗(yàn)的方案研究.pdf

1、等效原理作為物理學(xué)中的基本假設(shè)之一，已經(jīng)被一系列的實(shí)驗(yàn)所檢驗(yàn)，但是大部分實(shí)驗(yàn)采用非旋轉(zhuǎn)的檢驗(yàn)質(zhì)量，并將檢驗(yàn)質(zhì)量看作是一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。張?jiān)?、羅俊和聶玉聽(tīng)等人于2001年提出了一個(gè)關(guān)于旋轉(zhuǎn)物體等效原理的唯像模型。我們實(shí)驗(yàn)室曾采用自由下落的陀螺對(duì)這一唯像模型進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在1.6x10-7的相對(duì)精度內(nèi)，宏觀旋轉(zhuǎn)物體等效原理依然成立。相比于宏觀陀螺，分子具有更高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因此對(duì)與轉(zhuǎn)速相關(guān)的效應(yīng)可能更加敏感。另外，分子具有更小的幾何尺度，

2、有助于探索小尺度下的時(shí)空拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用旋轉(zhuǎn)分子作為檢驗(yàn)質(zhì)量可能會(huì)開(kāi)辟等效原理檢驗(yàn)的新途徑。
　　本文圍繞基于旋轉(zhuǎn)冷分子的等效原理檢驗(yàn)開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)方案的分析研究，完成以下工作：
　　本文首先提出了基于旋轉(zhuǎn)冷分子等效原理檢驗(yàn)的初步實(shí)驗(yàn)方案。該方案利用靜電六極桿結(jié)合圓偏振微波場(chǎng)對(duì)超聲分子束中的分子進(jìn)行選態(tài)，從而獲得定向轉(zhuǎn)動(dòng)的分子，并利用靜電Stark減速技術(shù)減速分子到較低的速度。通過(guò)測(cè)量分子自由下落過(guò)程中探測(cè)光的多普勒頻移給出分子下

3、落加速度g值。在該初步方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)兩個(gè)六極桿結(jié)合圓偏振微波場(chǎng)選擇出特定角動(dòng)量取向的分子，并實(shí)現(xiàn)分子的橫向冷卻，基本噪聲分析表明該方法可以在=2Xicr4g@100s的水平上檢驗(yàn)不同轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)冷分子下落加速度差。
　　針對(duì)傳統(tǒng)六極桿選態(tài)實(shí)驗(yàn)中的色差問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種能有效減小六極桿聚焦過(guò)程中的色差效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。在分子團(tuán)完全進(jìn)入六極桿后的某個(gè)恰當(dāng)時(shí)刻快速關(guān)斷六極桿電壓，這樣不同縱向速度的分子經(jīng)歷不同長(zhǎng)度的有效六極桿聚焦區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)

4、更好的聚焦效果。我們進(jìn)行了分子選態(tài)的數(shù)值軌跡模擬，結(jié)果表明這種類型的六極桿能將選態(tài)純度提高一倍，同時(shí)目標(biāo)態(tài)分子通過(guò)六極桿的數(shù)目增加近三倍。
　　針對(duì)分子減速，設(shè)計(jì)了波導(dǎo)管內(nèi)移動(dòng)微波晶格減速極性分子的實(shí)驗(yàn)方案，利用分子的一階交流Stark效應(yīng)減速分子。在減速過(guò)程中，分子被囚禁在一個(gè)真實(shí)的三維移動(dòng)微波勢(shì)阱中，因此可以減少傳統(tǒng)靜電Stark減速和現(xiàn)有微波減速過(guò)程中的粒子數(shù)損失。我們建立了減速過(guò)程的縱向動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行了三維Monte C