【摘要】：狹義相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的基本理論之一,洛倫茲不變性是狹義相對論的本質(zhì)核心。為實現(xiàn)基本粒子的標(biāo)準(zhǔn)模型和廣義相對論的統(tǒng)一而建立起來的理論,預(yù)言在一定程度上可能存在洛倫茲不變性破缺。許多地面和空間檢驗洛倫茲不變性的方法已經(jīng)開展,比如光腔檢驗、脈沖星計時法和真空色散等。旋轉(zhuǎn)光腔法是檢驗洛倫茲不變性的重要方法之一,它具有很高的探測靈敏度、測量時間相對較短并且在實驗室就能完成,這些優(yōu)點是其他方法不能比擬的。提高實驗檢驗精度可能探測到的洛倫茲不變性破缺,進而否定現(xiàn)有的統(tǒng)一理論,對物理學(xué)的發(fā)展具有重要意義。激光的剩余幅度調(diào)制(RAM)是降低激光頻率穩(wěn)定度的重要因素,會直接影響洛倫茲不變性的檢驗精度。采用輸入和輸出有楔角的電光晶體對RAM進行抑制,并研究了楔角晶體中RAM的特性和優(yōu)化方法,將RAM的波動壓制到2 ×10-7,當(dāng)使用鑒頻斜率1×104 V/Hz時,對應(yīng)的頻率不穩(wěn)定度為8×1018。腔穩(wěn)頻激光是洛倫茲不變性檢驗的關(guān)鍵技術(shù),為此搭建了578 nm窄線寬激光系統(tǒng)。通過與商用Hz量級拍頻,拍頻線寬為3.6 Hz,頻率穩(wěn)定度在4 s平均時間達到最小值5 ×10-15。這一工作為洛倫茲不變性檢驗所需的超穩(wěn)激光打下了實驗基礎(chǔ)�；谝陨涎芯炕A(chǔ),搭建了10cm復(fù)合光腔的洛倫茲不變性檢驗裝置。實現(xiàn)了三個月的連續(xù)運轉(zhuǎn),采用SME檢驗?zāi)Ｐ蛯Ψe累數(shù)據(jù)分析,統(tǒng)計誤差在10-15的量級。進一步對系統(tǒng)進行了改進和優(yōu)化,采用兩路空間光分別傳輸上轉(zhuǎn)臺。對改進后三天的數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明,SME中部分參數(shù)的統(tǒng)計誤差已經(jīng)進入10-16量級。
【圖文】：

在ＳＭＥ理論中，這一過程可以理解為物理體系相對于一個具有非零逡逑真空期望值且具有各向異性的固定背景場運動。由于粒子與背景場可能存在相互逡逑作用，物理體系在不同的方位呈現(xiàn)出不同的特性。通過對比圖１．３對比中激光拍逡逑頻頻率差可以在一定的精度下檢驗洛倫茲不變性。逡逑１．２．２邋光腔檢驗洛倫茲不變性的數(shù)據(jù)處理逡逑ＳＭＥ檢驗?zāi)Ｐ褪锹鍌惼澆蛔冃詸z驗最常用的理論模型之一。它采用以太陽逡逑系為中心的天體赤道坐標(biāo)參考系。當(dāng)在地面進行觀測時，測量結(jié)果會受到地球自逡逑轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的影響。光腔檢驗洛倫茲不變性是洛倫茲不變性檢驗的重要方法。如果逡逑光腔靜止不動，測量結(jié)果容易受到環(huán)境漂移的影響。如果將光腔放置在轉(zhuǎn)臺上，逡逑利用轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動，將由于地球自轉(zhuǎn)以及地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)所造成的長周期低頻調(diào)制逡逑信號轉(zhuǎn)到高頻上，這樣就不會受環(huán)境漂移的影響。逡逑在轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動過程中，如果洛倫茲不變性破缺，拍頻信號會受到轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，地逡逑球自轉(zhuǎn)，地球公轉(zhuǎn)調(diào)制的影響，因而數(shù)據(jù)處理需要分三步進行。第一步，對在轉(zhuǎn)逡逑５逡逑

技術(shù)的進步，國際上已經(jīng)有多個實驗室建立了基于高穩(wěn)定光腔或者微波腔的激光逡逑干涉儀，開展洛倫茲不變性的實驗檢驗＾１７，，１８，３４＿３８］。進入２１世紀后，現(xiàn)代逡逑Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ－Ｍｏｒｌｅｙ實驗取得很大進展，如圖１．４所示。逡逑■邋＇逡逑１0＇９邐邐－＊邐ｒ－？邐逡逑１0－１０邋�。蓿帧冗娺娺婂义希保埃ⅲ保卞澹蜻姟鲞娺婂义希保埃澹捱娺姡踢姡掊义希姡保啊保冲澹蝈澹哼姡檫姡义希煎澹保斑姡颉蓿辍义希保埃保靛澹蜻娺姡∵奛邐邐逡逑１０邋ｒ邐ｉ邐ｒｆ逡逑，＿１７邋：邋ａ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ逡逑１０邐「 S靡誨澹茫幔觶椋簦危骸瓱K 逡逑ｉｏ邋ｒ邐１邐邐１邐：－一逡逑１ｑ－１９邋ｒ邋．邋．邋．邋Ｉ邋，邋．邋．邋ｉ邋？邋．邋，邋ｉ邋，邋，邋．邋ｉ邋，邋，邋．邋ｉ邋，邋．邋．邋ｉ邋，，，逡逑１８８０邋１９００邋１９２０邋１９４０邋１９６０邋１９８０邋２０００邋２０２０逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．４邁克爾遜莫雷實驗的研宄進展。結(jié)果取自參考文獻Ｍ。逡逑１．２．４邋ＰＤＨ穩(wěn)頻的國內(nèi)外研究進展逡逑光腔檢驗洛倫茲不變性涉及多項關(guān)鍵技術(shù)，而腔穩(wěn)頻激光是其中的核心技術(shù)逡逑之一，因此這里先介紹腔穩(wěn)頻激光的發(fā)展歷程。逡逑近年來，隨著光頻率標(biāo)準(zhǔn)［３９４５］、引力波探測［４６＿５１］和高分辨激光光譜［５２－５６］等精逡逑密測量領(lǐng)域的發(fā)展，對激光器的線寬和短期頻率穩(wěn)定度要求不斷提高。國際上己逡逑經(jīng)有多個研究單位研制的超穩(wěn)激光的頻率穩(wěn)定性已經(jīng)接近參考腔的熱噪聲
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O412.1;TN241

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本文編號：2602651