特別說明：本文由米測技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。盡管引力是自然界大規模的主導力量，但對于精密的實驗室實驗來說，它仍然相對難以捉摸。原子干涉儀是研究地球引力、萬有引力常數、牛頓引力偏差和廣義相對論等的有力工具。然而，使用自由落體原子會將測量時間限制在幾秒鐘，而在測量與小源質量的相互作用時，時間會更少。最近，已經展示了原子在光腔濾波的光晶格模式下懸浮70秒的干涉儀。然而，光學晶格必須通過施加比假定信號強十億倍的力來平衡地球引力，因此即使是微小的缺陷也可能產生復雜的系統效應。因此，晶格干涉儀尚未用于精密重力測試。基于此，加利福尼亞大學Cristian D. Panda、Holger Müller等人優化了晶格干涉儀的引力靈敏度，并使用信號反演系統來抑制和量化系統效應。作者測量了微型源質量的吸引力，結果為amass=33.3±5.6stat±2.7systnms?2，與牛頓引力一致，排除了“屏蔽第五力”理論在其自然參數空間上的誤差。6.2nms?2 的整體精度比原子自由落體的最佳類似測量結果高出四倍以上。改進的原子冷卻和傾斜噪聲抑制可能會進一步提高靈敏度，以研究亞毫米范圍內的力、緊湊重力測量、測量引力阿哈羅諾夫-玻姆效應和引力常數，并測試引力場是否具有量子特性。作者描述了一個使用磁光阱(MOT)制備的銫(Cs)原子樣本的實驗過程，在磁光阱中制備的300 nK Cs原子樣本通過極化梯度和拉曼邊帶冷卻，達到基態超精細流形的mF = 0狀態。利用拉曼脈沖分裂和光晶格技術，原子波包在保持期間累積相移?，通過測量熒光信號的不對稱性來確定相位，從而測量原子在F=3或F=4狀態的概率。實驗通過迭代掃描和正弦波擬合來精確測量?。接著，作者優化了對加速度的高靈敏度測量，通過調整積分時間τ和原子反沖能量U，達到了與標準量子極限（SQL）一致的靈敏度。實驗中，使用了改進的樣品制備和成像技術，以及基于遠失諧移動光晶格的原子升降機，將原子精確地運送到腔軸上。通過每20條紋切換原子位置，形成數據塊，并計算相位的奇偶分量來提取質量。552個數據塊在兩個月內收集，質量測量結果與波包分離Δz無關，顯示出良好的統計分布和一致性。通過盲分析避免了實驗者偏見，確保了結果的可靠性。在實驗中，作者通過改變實驗參數P并測量其對源質量加速度的影響來尋找系統誤差。黑體輻射是唯一觀察到或預期會導致非零偏移的參數，通過紅外熱傳感器測量并計算了由此產生的系統誤差。其他參數雖然未觀察到顯著影響，但仍然被納入誤差預算。實驗中發現的非零平均加速度與光晶格模式的AC斯塔克移位一致。作者通過施加磁場梯度量化了可能的殘余影響，并使用這些數據確定了誤差線。作者測量的原子向源質量加速的值為amass= 33.3 ± 6.2 nm s-2，與預期的amass= 35.2 nm s-2相近，差異與零一致。此次測量的不確定度比之前最好的原子干涉重力測量結果低了四倍。此外，該測量結果還提高了對“屏蔽第五力”的限制，以及對牛頓平方反比定律的修改的限制。通過使用光學晶格中的原子進行干涉測量，證明了晶格干涉儀的靈敏度可以進一步提高，有望達到5 nm s/Hz-2，優于最好的自由落體重力儀。晶格干涉術在慣性傳感和移動重力測量方面具有潛力，同時為測試基礎物理學提供了新的途徑，例如測量引力常數G。Panda, C.D., Tao, M.J., Ceja, M. et al. Measuring gravitational attraction with a lattice atom interferometer. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07561-3
