利用扭秤检验牛顿反平方定律在近距离范围的正确性

许多理论模型预言牛顿引力反平方定律在近距离下将发生偏离.本文简要介绍了牛顿反平方定律的实验检验现状,给出了利用精密扭秤技术检验近距离反平方定律的实验原理和实验结果,分析了扭秤实验的热噪声和灵敏度.

近距离牛顿反平方定律实验检验进展

为了统一描述自然界的四种基本相互作用,科学家提出了很多理论模型,其中很多理论认为牛顿反平方定律在近距离下会发生偏离,或存在其他的非牛顿引力作用,而理论的正确与否需要高精度的实验检验.国际上很多研究组在不同间距下采用不同的技术对反平方定律进行了高精度的实验检验,本文重点介绍华中科技大学引力中心采用密度调制法分别在亚毫米与微米范围进行的实验研究进展.在亚毫米范围采用精密扭秤技术,在对牛顿引力进行双补偿、抑制电磁干扰后,结合零实验与非零实验结果,在作用程为70—300μm区间对Yukawa形式的破缺给出国际上精度最高的限制.在微米范围采用悬臂梁作为弱力传感器,通过测量金球和密度调制吸引质量间水平力的变化来检验非牛顿引力是否存在,实验结果不需进行Casimir力和静电力背景扣除,是此间距下不依赖于Casimir力和静电力理论计算模型的两个结果之一.

利用近距离牛顿反平方定律实验探索洛伦兹不变性破缺效应

回顾了利用近距离引力实验探索洛伦兹不变性破缺效应的现状,并展望了其发展趋势.引力与物质的耦合极其微弱,近距离下牛顿反平方定律的实验检验是探索引力现象对广义相对论偏离的常用方法之一,其实验检验的基本原理是通过测量密度较大的2块薄金属片之间的引力相互作用随间距的变化,判断其是否满足牛顿反平方定律.在探索洛伦兹不变性破缺方面,通过测量2块薄金属片之间的非牛顿力的恒星时变化,可以检验标准模型拓展(SME)中包含黎曼曲率2次耦合的洛伦兹对称性破缺参数.分析表明近距离引力实验中,由于洛伦兹不变性破缺,2块有限平板间的非牛顿引力由边缘效应主导,尽管如此,现有的近距离引力实验对洛伦兹不变性破缺系数的限制仍能达到10?8 m2的水平.

万有引力实验方案以及红外检测系统的研究

受额外维理论启发,采用扭秤作为检测手段,圆台为检验质量与吸引质量,在0.1 mm尺度下检验牛顿反平方定律的实验方案,同时研制了红外传感器对所加工的物体进行了检测。初步计算表明采用此方案可以把同类实验结果提高5倍。

精密扭秤实验技术及其应用

作为一种古老而经典的弱力检测工具,扭秤凭借其超高的灵敏度在精密测量领域得到了持续而广泛的应用.本文描述了扭秤的基本工作原理,分析了限制扭秤实验精度的基本因素,在此基础上重点介绍了华中科技大学引力中心实验小组采用扭秤技术在精密测量物理领域的实际应用,如基于扭秤周期法的万有引力常数G的精确测量,基于扭秤双频调制的近距离牛顿反平方定律实验检验,以及基于旋转扭秤调制的光子静止质量实验检验等.