7月6日，物理学权威学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters，PRL）发表我院引力中心胡忠坤教授团队在等效原理检验方面的重要实验进展。

该论文题为《利用不同自旋取向的原子检验自由下落普适性》（Test of the universality of free fall with atoms in different spin orientations）。胡忠坤为论文通讯作者，青年教师段小春为第一作者，博士研究生邓小兵作为同等贡献署名第二。论文被PRL推荐为亮点文章（Highlights），并且被美国物理学会（APS）旗下在线新闻网站“物理”（Physics）进行精选报道（Featured in Physics，该网站平均每天从APS旗下所有期刊挑选1至2篇经同行评议的高水平论文做重点报道或评论）。

等效原理是爱因斯坦广义相对论的基本假设之一。几乎所有试图将引力与其他三种基本相互作用统一起来的理论都要求等效原理破缺。等效原理是否破缺是涉及物理学根基的基础前沿科学问题。其在什么精度、在什么范围内成立需要实验检验。检验趋势分两大方向：一是在传统实验的基础上不断提高检验精度；二是引入新物理内涵来检验新型等效原理。

针对“不同物体在引力场中是否同时落地？”这一基本问题，胡忠坤创新性地提出“不同自旋取向的原子在引力场中是否同时落地？”这一开放科学问题，并利用冷原子检验了这一新型等效原理。研究团队通过量子态的精密操控将冷原子自旋取向极化，并采用原子干涉法测量不同自旋取向的原子下落的加速度差。

由于自旋取向极化冷原子处于磁敏感态，研究团队还通过发展磁敏感原子干涉测量技术，解决了背景磁场效应测量和抑制难题。实验结果表明，在1.2×10^-7水平上，微观原子自旋取向相关的等效原理依然成立，并首次给出了时空挠率梯度的上限为5.4×10^-6 m^-2。该研究结果为研究引力和自旋相互作用、探测时空挠率特性以及开展自旋极化冷原子精密测量打开了新窗口。

据了解，自2005年起，胡忠坤带领团队在引力中心扭秤实验优势的基础上，拓展了冷原子干涉精密测量研究方向，探索引力前沿科学问题并服务于精密重力测量国家需求。经过十多年的不懈努力，该团队实现了激光冷却原子、原子物质波干涉和原子下落加速度测量，解决了测量噪声抑制和分辨率标定等难题。2013年，团队突破了绝对重力测量灵敏度，被他引评价为当前国际最好记录。

该工作先后得到了国家自然科学基金仪器专项和面上项目、“973计划”课题等项目的资助。

论文链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.023001

Physics精选报道：http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.117.023001

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