基于精密旋转扭秤的手征性材料弱等效原理实验检验

发布时间：2020-05-21 01:35

【摘要】：弱等效原理是指任意的检验物体在同一个引力场中运动的加速度不依赖于该物体的组成成分和内部结构,是爱因斯坦广义相对论的基础。然而,大多数试图将引力和其他三种基本相互作用进行统一的理论模型都预言了新的相互作用,导致弱等效原理在一定程度上出现破缺。因此,在这一意义上,检验弱等效原理就是寻找新的相互作用。近年来,一些科学家认为除了可能存在组分依赖,还有可能存在自转、极化、自旋或手征性等依赖的相互作用,进而导致不同自转、极化、自旋或手征性的物体在同一个引力场中运动的加速度不同。国际上的各实验小组也开展了除了手征性的相应实验。我们利用旋转扭秤首次测量了不同手征性的物体在同一个引力场中运动的加速度差。首先,研制出了一套精密的旋转扭秤系统。在分析并控制系统中的多种噪声源包括细丝内耗相关的热噪声、气体阻尼相关的热噪声、扭摆偏转角的测量噪声、旋转引入的转速噪声等后,成功地将该系统在频段10 ~(-4)Hz到10 ~(-3)Hz内的噪声控制到了约5× 10 ~(-15)N·m·Hz ~(-1/2),非常接近系统所能达到的理论噪声极限水平,接近同类实验的国际先进水平。然后,我们对该套精密扭秤系统中存在的干扰效应,包括引力场、磁场、温度场等耦合,以及旋转相关的转速波动等,进行了详细的评估,并对其中某些较大的干扰项进行了抑制,使得所有干扰效应造成的力矩不确定度小到2.6× 10~(-18)N·m水平。最终,将待测信号的频率设在了系统信噪比较优的位置,测量了不同手征性的检验质量左旋、右旋石英晶体在地球的水平引力场中运动的加速度差,为(3.5±5.9)×10 ~(-15)m ·s ~(-2),对应弱等效原理破缺强度η=(2.4±4.0)×10 ~(-13),接近当前国际上弱等效原理地面检验的最好水平,是国际上在手征性方面检验弱等效原理的最好水平。
【图文】：

气浮,转台,实物

图3-12气浮转台实物图数的细分盒连接。这样气浮转台每转动一圈，，输出转角分辨率为 0:0137arcsec。从两读头、两细分盒地减小角度编码器因安装偏心引入的偏差。转速控制主要由比利时厂家提供的控制器来完成，5 7 4 5 7 8f/fs875sHz]

压电陶瓷,实物,转台,倾斜仪

向的移动范围是 10mm，主要用来调节细丝与转轴的对准。轴倾斜与晃动监测2章中所述，转台在转动过程中，实际转轴会绕它的理想转轴运晃动。为测量转台的转轴倾斜与晃动，使用了高精度的双轴倾斜仪一起转动。由于参考的竖直方向是由摆体的重力定义的，故将倾安装在摆体附近。同时考虑到竖直方向在不同的竖直位置可能不面又加装了一个倾斜仪。此外，为监测转台基座的倾斜变化状态，放了一个倾斜仪。验中所用高精度的倾斜仪均来自于Jewell公司，其探头型号为755有两个正交的测量轴，它们的标度因子一般为 100 rad V1。的倾斜状态可通过支撑气浮转台的三个M18螺栓进行调节。限于
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O412.1

【参考文献】