国家精密重力测量科学中心团队在原子干涉精密测量领域取得新进展

  11月20日，《物理评论快报》（《Physical Review Letters》）刊发了国家精密重力测量科学中心/华中科技大学引力中心冷原子团队利用原子干涉仪探测新相互作用的成果“Constraint on an exotic parity-odd spin- and velocity-dependent interaction with atom interferometer”，博士生舒玉彪为第一作者（物院2018届本科毕业生），曹鲁帅副教授为论文作出了重要贡献，周敏康教授、胡忠坤教授为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划项目及精密重力测量国家重大科技基础设施的大力支持。

  粒子物理的标准模型理论取得了巨大成功，但是仍然存在暗物质暗能量及CP破缺等物理谜团。为此，科学家们提出一系列拓展标准模型的理论方案，并预示着自然界可能存在新的相互作用以及传递相互作用的新粒子，例如自旋-速度相关的奇异相互作用等。设计高精度实验来探寻这些新相互作用具有重要意义，高精度原子干涉仪为此类研究提供了新途径。

原子干涉仪检验新相互作用示意图

  本工作提出了高精度布拉格原子干涉仪探测自旋-速度相关相互作用的新方案。团队采用激光冷却后的87Rb原子作为物质波源，构建高精度布拉格原子干涉仪，研制出对自旋-速度相关的相互作用敏感的传感器。本工作巧妙的利用喻家山与地球作为非极化源，进一步将该类型新相互作用的检验尺度推进到5-100 m的区间，并且该方案不依赖于电子和质子不能同时具有该类相互作用的假设。

  本工作首次采用原子干涉法测量出了质子与核子之间自旋-速度相关的新相互作用强度的上限值。团队在精密重力测量国家重大科技基础设施山洞实验室中建立了高精度布拉格原子干涉实验平台，测量出质子与核子之间自旋-速度奇异相互作用强度的新上限，划定了当前该类相互作用在5-100m作用区间的最强限制，在特征长度λ=10m处将已有检验精度提升了多个数量级。此项工作拓宽了冷原子干涉在基础物理研究中的应用领域，为自旋-速度相互作用实验检验提供了新思路与新方法。

   论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.213401