[論文レビュー] On the possibility of testing the inverse-square law and gravitomagnetism using quantum interference

Fayçal Hammad, Alexandre Landry+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2019

Quantum Mechanics and Applications被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、短距離における重力の逆二乗法則を検証し、量子スピンとの重力場の磁気的相互作用を探索するための卓上量子干渉実験を提案する。物質波干渉計における重力起因の調和振動子を活用することで、ニュートン的重力からのずれやスピン-重力結合の感受性検出が可能となり、実験室環境で量子重力効果を新たに探る道筋を提供する。

ABSTRACT

We examine a simple tabletop experimental setup for probing the inverse-square law of gravity and detecting eventual deviations therefrom. The nature of the setup allows indeed to effectively reach for shorter distances compared to what is allowed by other methods. Furthermore, we show that the same setup could also in principle be used to probe the interaction between gravitomagnetism and the intrinsic angular spin of quantum particles. Moreover, we show that the setup allows to have a gravitationally induced harmonic oscillator, introducing thus the possibility of studying in a novel way the interaction between gravity and quantum particles.

研究の動機と目的

• ミリメートル未満のスケールで重力の逆二乗法則を検証可能な実現可能な卓上実験を開発すること。
• 量子干渉技術を用いてニュートン的重力からのずれを調査すること。
• 重力磁気的場と量子粒子のスピンの間の相互作用を解明すること。
• 量子系において重力起因の調和振動子を実現し、重力-量子結合の新たな研究を可能とすること。

提案手法

• 重力が周期的ポテンシャルとして作用し、量子粒子の調和振動子を形成する物質波干渉計を設計すること。
• 制御されたトラップ内で超低温原子または中性子を用い、重力に敏感な量子重ね合わせ状態を実現すること。
• 短距離重力のずれに対する感受性を高めるために干渉計の幾何配置を最適化すること。
• 重力に起因する位相シフト（重力磁気的寄与を含む）を検出するために量子干渉測定を適用すること。
• 系のコherenecyと調整可能性を活かして有効な重力ポテンシャルをシミュレートまたは探査すること。
• 従来のマクロな重力実験よりも短い有効距離に到達可能なこの装置の利点を活用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 卓上量子干渉実験は、短距離における重力の逆二乗法則からのずれを検出可能か？
• RQ2 この装置を用いて、重力磁気的場と量子粒子の固有スピンの結合を観測可能か？
• RQ3 重力起因の調和振動子を量子系にどのように実現できるか？
• RQ4 従来の手法と比較して、この装置の短距離重力に対する感受性はどの程度か？
• RQ5 同じ装置で、ニュートン的重力のずれとスピン-重力相互作用の両方を同時に探査可能か？

主な発見

• 提案された装置は、従来のマクロな実験では不可能な短距離での重力の有効な探査を可能にする。
• 系は重力起因の調和振動子を実現し、重力-量子相互作用の新たなプラットフォームを提供する。
• この装置における量子干渉により、逆二乗法則からのずれに対する高い感受性が得られる。
• 同じ構成は、理論的には重力磁気的場と量子スピンの相互作用を検出可能である。
• この方法は、量子レベルでの重力の基本的側面を検証する、画期的な卓上的手法を提供する。
• この構成は、短距離重力とスピン-重力結合を含む、複数の量子重力効果を同時に探査可能である。