基于旋轉(zhuǎn)冷分子等效原理檢驗的方案研究.pdf

1、等效原理作為物理學(xué)中的基本假設(shè)之一，已經(jīng)被一系列的實驗所檢驗，但是大部分實驗采用非旋轉(zhuǎn)的檢驗質(zhì)量，并將檢驗質(zhì)量看作是一個質(zhì)點。張元仲、羅俊和聶玉聽等人于2001年提出了一個關(guān)于旋轉(zhuǎn)物體等效原理的唯像模型。我們實驗室曾采用自由下落的陀螺對這一唯像模型進(jìn)行檢驗，實驗結(jié)果表明，在1.6x10-7的相對精度內(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)動速度，因此對與轉(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空拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用旋轉(zhuǎn)分子作為檢驗質(zhì)量可能會開辟等效原理檢驗的新途徑。
　　本文圍繞基于旋轉(zhuǎn)冷分子的等效原理檢驗開展了實驗方案的分析研究，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的初步實驗方案。該方案利用靜電六極桿結(jié)合圓偏振微波場對超聲分子束中的分子進(jìn)行選態(tài)，從而獲得定向轉(zhuǎn)動的分子，并利用靜電Stark減速技術(shù)減速分子到較低的速度。通過測量分子自由下落過程中探測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，通過兩個六極桿結(jié)合圓偏振微波場選擇出特定角動量取向的分子，并實現(xiàn)分子的橫向冷卻，基本噪聲分析表明該方法可以在=2Xicr4g@100s的水平上檢驗不同轉(zhuǎn)動態(tài)冷分子下落加速度差。
　　針對傳統(tǒng)六極桿選態(tài)實驗中的色差問題，設(shè)計了一種能有效減小六極桿聚焦過程中的色差效應(yīng)的實驗方案。在分子團(tuán)完全進(jìn)入六極桿后的某個恰當(dāng)時刻快速關(guān)斷六極桿電壓，這樣不同縱向速度的分子經(jīng)歷不同長度的有效六極桿聚焦區(qū)域，從而實現(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，同時目標(biāo)態(tài)分子通過六極桿的數(shù)目增加近三倍。
　　針對分子減速，設(shè)計了波導(dǎo)管內(nèi)移動微波晶格減速極性分子的實驗方案，利用分子的一階交流Stark效應(yīng)減速分子。在減速過程中，分子被囚禁在一個真實的三維移動微波勢阱中，因此可以減少傳統(tǒng)靜電Stark減速和現(xiàn)有微波減速過程中的粒子數(shù)損失。我們建立了減速過程的縱向動力學(xué)模型，進(jìn)行了三維Monte C