[论文解读] 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 1

一句话总结

本文提出了一项桌面量子干涉实验，旨在在短距离下检验万有引力的平方反比定律，并探测量子自旋与引力磁效应的相互作用。通过利用物质波干涉仪中由引力引起的简谐振子，该装置能够灵敏检测偏离牛顿引力定律的现象以及自旋-引力耦合，为在实验室环境中探索量子引力效应提供了新途径。

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.

研究动机与目标

• 开发一种可行的桌面实验，以在亚毫米尺度下检验万有引力的平方反比定律。
• 利用量子干涉技术研究牛顿引力定律可能存在的偏离。
• 探测引力磁效应与量子粒子本征自旋之间的相互作用。
• 在量子系统中实现由引力诱导的简谐振子，以开展引力-量子耦合的新研究。

提出的方法

• 设计一种物质波干涉仪，使引力作为周期性势阱，为量子粒子产生简谐振子。
• 利用受控陷阱中的超冷原子或中子，实现对引力作用敏感的量子叠加态。
• 设计干涉仪的几何构型，以增强对短程引力偏离的敏感度。
• 应用量子干涉测量技术，检测由引力引起的相位移，包括可能的引力磁贡献。
• 利用系统的相干性和可调性，模拟或探测有效引力势。
• 利用该装置可实现比传统宏观引力实验更短的有效距离的能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 桌面量子干涉实验是否能够探测短距离下万有引力平方反比定律的偏离？
• RQ2 该装置是否可能观测到引力磁效应与量子粒子本征自旋之间的耦合？
• RQ3 如何在量子系统中实现由引力诱导的简谐振子以实现精密测试？
• RQ4 与现有方法相比，该装置对短程引力的敏感度如何？
• RQ5 同一装置是否能够同时探测牛顿引力的偏离和自旋-引力相互作用？

主要发现

• 所提出的装置能够实现比传统宏观实验更短距离下的引力探测。
• 该系统实现了由引力诱导的简谐振子，为研究引力-量子相互作用提供了新平台。
• 该装置中的量子干涉使对平方反比定律偏离的探测具有高灵敏度。
• 同一构型原则上可探测引力磁效应与量子自旋之间的相互作用。
• 该方法为在量子层面测试引力的基本方面提供了新颖的桌面实验途径。
• 该构型支持对多种量子引力效应的并行探索，包括短程引力和自旋-引力耦合。