基于旋转扭秤检验弱等效原理实验中的磁场干扰效应研究

• 作 者: 赵慧慧
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 弱等效原理 扭秤 计算机仿真 磁屏蔽

近代以来物理学获得了长足的发展,爱因斯坦将弱等效原理推广,建立了广义相对论,并且几乎所有的实验检验都无一例外地证明了他的正确性。然而广义相对论与量子理论之间却有一些不可调和的矛盾,构建一个“统一”、“万能”的终极理论一直是物理学家的目标。而目前试图进行统一的很多理论模型都要求弱等效原理破缺。于是弱等效原理的高精度检验具有非常重要的科学意义。弱等效原理实验检验作为引力实验的一种,由于引力与其他相互作用比起来非常微弱,所以要把微弱的引力信号测量出来需要对实验环境的干扰做出详尽的评估和精密的控制。我们实验室采用了基于旋转扭秤的弱等效原理实验检验。作为地面上检验精度最高的扭秤实验,对所有的环境干扰误差的要求都是极其苛刻的,而地磁场的干扰是其中主要误差之一。我们的初步检验目标水平为η~10-12,本文主要对地磁场的干扰影响进行了系统的研究,主要包括:(1)对磁场效应的影响机理做出了详尽的分析,在对实验用扭秤的磁矩进行精确的测量后,发现若不做任何磁场降低措施,地磁场影响将达到η~9×10-9,比目标精度大了3个多量级,这就给出了对地磁场的屏蔽目标。(2)为设计出满足实验需求的磁屏蔽层,利用计算机仿真模拟的方法,构建仿真模型,设计出了屏蔽效果达到5000倍的磁屏蔽层。(3)对仿真设计的磁屏蔽层进行了实验检验,发现能产生磁场的离子泵影响屏蔽效果。随后对离子泵进行了磁屏蔽,并同时改进了磁屏蔽的设计。最后在扭秤空间测量了磁屏蔽层的屏蔽效果,达到5500倍以上,使得最终磁场对实验的影响小于η~1.6×10-12,达到了预期目标。该工作为下一步更高的实验检验、更高的屏蔽效果的实现提供了理论指导和实验帮助。