基于冷原子干涉的Casimir-Polder效应研究

Casimir-Polder（CP）效应指的是在中性原子和附近宏观物体表面之间存在着相互作用势，它是真空量子起伏的体现。近年来，随着冷原子技术的迅猛发展，出现了测量CP势的新方法。本项目基于冷原子干涉技术，拟利用一系列拉曼激光脉冲操控光晶格中的冷原子分离和重合，实现冷原子的内态干涉，从而精确测量冷原子与光学反射镜之间的Casimir-Polder势和分离距离（微米尺度）之间的关系；进一步探索不同环境温度下CP势的变化。原子与反射镜之间的分离距离由光的波长来决定，基于目前光波长测量的精度和冷原子干涉条纹的精度，我们预期利用该方案测量的CP势的精度可以达到10%。通过本项目的研究，预计可以对现有引力理论的基本假设和定律进行更加精密的检验，比如微米尺度上的牛顿反平方定律如何偏离等。而且，精确测量短程CP相互作用势可能会开辟纳米技术和微机械加工技术的潜在应用。

本项目研究基于冷原子干涉技术的Casimir-Polder（CP）效应。我们按照研究内容和研究计划积极开展相应的研究工作，项目总体完成情况良好。（1）在实验上获得了温度为5微开尔文的相干性原子，实现了信噪比较好的原子干涉条纹，条纹对比度达到0.3左右。（2）研究了双光子受激拉曼跃迁技术对冷原子的相干调控；研究冷原子体系内外部量子耦合系统中的退相干机制和提高原子相干性的方法。（3）研究了冷原子干涉过程中的各种相位噪声和系统误差，相位噪声包括拉曼反射镜的振动噪声、拉曼光的相位噪声、探测噪声、拉曼光光强噪声等；系统误差包括二阶塞曼频移、单光子光移、双光子光移、拉曼光波前畸变引起的相移以及原子自发辐射引起的相移等。（4）实现了基于冷原子干涉的重力加速度g的精密测量，测量精度为200秒积分时间内达到8.3E-9g。（5）我们在理论上提出复点源模型，分析了超短距离下CP势与分离距离之间的关系，获得了原子尺寸距离下的CP势。按照这个理论模型，我们甚至可以得到距离为零情况下的相互作用势，这对统一电磁相互作用力和强相互作用力有着重要的意义。