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引力實驗與理論組

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小組簡介

廣義相對論(經典的引力理論)和粒子標準模型理論(量子規范理論)是目前最成功的基礎物理理論,兩個理論都通過了迄今為止所有的實驗檢驗彩票全天计划。但可惜的是兩個理論目前并不兼容彩票全天计划。因此,對于物理學家來說彩票全天计划,發現一個能統合自然界所有基本相互作用的理論框架就顯得非常重要。另一方面,天文學的觀測告訴我們:與標準模型相關的物質和能量大約只占宇宙總(物質)能量的4%,剩余的暗物質與暗能量是否會給出違反標準模型理論框架的實驗或觀測數據,是我們必須密切關注的研究領域彩票全天计划。引力及其相關物理規律的研究對于深入理解引力的性質和規律、尋找新的基本力和最終統一描述四種基本相互作用具有重要指導意義。由于實驗是檢驗物理理論正確與否最有效的判據,人們期待著利用更精密的實驗技術和更巧妙的實驗方法彩票全天计划,在更廣的相互作用范圍和更高的實驗精度上檢驗廣義相對論與量子理論基本假設的正確性以及相關的預言。目前,人們在量子力學方面已積累了相當多的實驗證據,并且基于量子力學所發展出來的一些新技術也都日趨成熟。但是彩票全天计划,在引力基本性質的實驗研究方面,進展并不理想彩票全天计划。其根本的原因主要有以下幾點:(1)引力是目前已知四種基本相互作用力中最弱的一種;(2)引力無法屏蔽;(3)外界噪聲耦合與儀器系統誤差常成為精密測量引力基本性質的“瓶頸”問題。這些根本的原因,往往造成實驗結果的不確定性太大。物理學中的四種基本相互作用(引力、電磁、強、弱)的最終統一描述是物理學的重大、前沿科學問題之一。迄今為止,物理學家們一直努力尋找一個合適的理論來涵蓋四種基本相互作用,而對引力基本性質的更加深入的研究將是關鍵的科學問題之一彩票全天计划。一方面對現有引力理論的基本假設和定律進行更加精密的檢驗,所獲得的實驗結果對于引力理論自身以及包羅四種基本相互作用的“統一理論”的進一步發展具有重要意義;另一方面對未來可能進行的、適合我國國情的引力實驗進行更加深入的理論研究,包括宇宙學彩票全天计划、暗物質與暗能量彩票全天计划、額外維等方面彩票全天计划,是保持我國在該基礎前沿領域國際地位的戰略部署彩票全天计划。

進行關于萬有引力常數的測量彩票全天计划、近距離牛頓反平方定律的實驗檢驗以及等效原理的實驗檢驗,將是引力理論與統一場論進一步發展的重要實驗依據。例如很多理論預言:由不同成份組成的物質,可能存在新的微弱的相互作用,從而引起近距離牛頓反平方定律的偏離和等效原理的破缺;目前熱門的額外維理論預言在近距離(毫米以下)力程范圍,宏觀物體間的引力將偏離牛頓反平方定律。本課題組依托山洞實驗室環境(恒溫、恒濕、隔振等)彩票全天计划,利用超精密扭秤實驗技術和AFM實驗技術作為弱力測量研究平臺,分別設計適當的實驗方案,進行萬有引力常數的精確測量、近距離牛頓反平方定律實驗檢驗以及等效原理的檢驗等彩票全天计划,為大統一理論尋找實驗依據。

圍繞著上述科學問題,本課題組開展的科學研究包括但不限于:

1. 萬有引力常數G的精確測量

2. 近距離牛頓反平方定律的實驗檢驗

3. 等效原理的實驗檢驗

4. 微米間距非標準模型相互作用檢驗

5. 引力波和相對論天體物理

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