論文の概要: Measuring gravity by holding atoms
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.01344v1
- Date: Mon, 2 Oct 2023 17:07:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-04 20:38:26.986944
- Title: Measuring gravity by holding atoms
- Title（参考訳）: 原子保持による重力測定
- Authors: Cristian D. Panda, Matthew J. Tao, Miguel Ceja, Holger M\"uller
- Abstract要約: 格子干渉計の感度を最適化し、信号インバージョンとスイッチのシステムを用いて、系統的効果の抑制と定量化を行う。
これにより、スクリーニングされたダークエネルギー理論の存在を除外して、小型光源のアトラクションを測定することができる。
さらなるアップグレードにより、サブミリメートルの範囲での測定力、重力アハロノフ・ボーム効果、重力定数、コンパクト重力計が実現される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Despite being the dominant force of nature on large scales, gravity remains
relatively elusive to experimental measurement. Many questions remain, such as
its behavior at small scales or its role in phenomena ascribed to dark matter
and dark energy. Atom interferometers are powerful tools for probing Earth's
gravity, the gravitational constant, dark energy theories and general
relativity. However, they typically use atoms in free fall, which limits the
measurement time to only a few seconds, and to even briefer intervals when
measuring the interaction of the atoms with a stationary source mass. Recently,
interferometers with atoms suspended for as long as 70 seconds in an optical
lattice have been demonstrated. To keep the atoms from falling, however, the
optical lattice must apply forces that are billion-fold as strong as the
putative signals, so even tiny imperfections reduce sensitivity and generate
complex systematic effects. As a result, lattice interferometers have yet to
demonstrate precision and accuracy on par with their free fall counterparts and
have yet to be used for precision measurement. Here, we optimize the
sensitivity of a lattice interferometer and use a system of signal inversions
and switches to suppress and quantify systematic effects. This enables us to
measure the attraction of a miniature source mass, ruling out the existence of
screened dark energy theories over their natural parameter space. More
importantly, the combined accuracy of $6.2~\rm{nm/s}^2$ is four times as good
as the best similar measurements with freely falling atoms, demonstrating the
advantages of lattice interferometry in fundamental physics measurements.
Further upgrades may enable measuring forces at sub-millimeter ranges, the
gravitational Aharonov-Bohm effect and the gravitational constant, compact
gravimetry, and testing whether the gravitational field itself has quantum
properties.
- Abstract（参考訳）: 大規模な自然界における支配的な力であるにもかかわらず、重力は実験的な測定に比較的強い。
小さなスケールでの振る舞いや、暗黒物質やダークエネルギーに起因する現象における役割など、多くの疑問が残っている。
原子干渉計は、地球の重力、重力定数、ダークエネルギー理論、一般相対性理論を調べる強力な道具である。
しかし、通常は原子を自由落下に使用し、測定時間は数秒に制限され、原子と静止した源の質量との相互作用を測定する際にはさらに短い間隔に制限される。
近年、光学格子に70秒間懸濁した原子による干渉計が実証されている。
しかし、原子が落ちないようにするためには、光学格子は数十億倍の強度を持つ力を適用しなければならないため、小さな欠陥でさえ感度を低下させ、複雑な体系的な効果を生み出す。
その結果、格子干渉計は自由落下計と同等の精度と精度を示しておらず、精度測定にはまだ使われていない。
ここでは格子干渉計の感度を最適化し、信号反転とスイッチのシステムを用いて系統効果の抑制と定量化を行う。
これにより、ミニチュアソース質量の引力を測定することができ、その自然パラメータ空間上の遮蔽ダークエネルギー理論の存在を除外できる。
さらに重要なことは、6.2~\rm{nm/s}^2$の組合せ精度は、自由落下原子と最もよく似た測定値の4倍であり、基礎物理学測定における格子干渉計の利点を示している。
さらなるアップグレードにより、サブミリメートル範囲の力、重力アハロノフ-ボーム効果、重力定数、コンパクト重力測定、重力場自体が量子特性を持つかどうかの検証が可能になる。
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