研究人员在原子共磁力仪系统研制及自旋-引力耦合作用探测领域取得突破

共磁力仪以高灵敏度原子磁力仪为基础,通过对磁场的高精度调控,实现对角加速度、引力场以及新奇异物理场的高精度测量,具有重要的基础科研价值及实际应用价值。共磁力仪通常利用处于同一个原子气室中不同种类的原子来实现对磁场微小变化的共模感知和抑制。由于不同原子在空间上仍然存在一定的分离,磁场梯度会影响共磁力仪的测量结果,是共磁力仪主要的系统误差来源。

左图为基于同一种原子的共磁力仪系统结构图.jpg

基于同一种原子的共磁力仪系统结构图

北京大学信息科学技术学院电子学系量子信息技术团队与国防科技大学前沿交叉学科学院合作,提出了利用铷原子的两个超精细能级实现共磁力仪的新方法,并成功构建该共磁力仪系统。系统核心元器件为北京大学量子信息技术团队自研的镀膜铷原子气室,具有对激光功率、激光频率、共模磁场、磁场梯度等重要系统误差良好的抑制效果。利用该系统,研究人员对自旋与引力之间是否存在耦合效应这一前沿物理问题,开展了为期11天的测量以及结果分析,给出与目前国际最高水平相当的自旋-引力相互作用强度界定,并证明系统具备将现有耦合强度界定水平提升至少两个数量级的潜力。

基于该原子共磁力仪系统对自旋-引力耦合作用为期11天的测量分析结果,与目前国际最高水平相当。.jpg

基于该原子共磁力仪系统对自旋-引力耦合作用为期11天的测量分析结果,与目前国际最高水平相当

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相关研究成果以“Single-Species Atomic Comagnetometer Based on 87Rb Atoms”为题,于2020年5月13日在线发表在《物理评论快报》( Physical Review Letters ,第124卷,文章号193002)。北京大学电子学系彭翔副教授与国防科大汪之国副教授为论文共同第一作者,北京大学电子学系郭弘教授与国防科大罗晖教授为论文共同通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划(863计划)、湖南省自然科学基金等项目支持。[北大信息科学技术学院]

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