研究内容
研究内容包括高精度弱力测量技术、量子引力效应检验和应用研究三部分。
1.高精度弱力测量技术
(1)毫克级扭秤弱力测量
本课题组致力于发展极高灵敏度的毫克级扭秤探测技术，如下图所示。基于激光熔融法制备超细石英丝，聚焦于微弱信号精密测量，探索短程引力、非牛顿引力效应及自旋相关相互作用等前沿物理问题。通过持续优化工艺、提升系统稳定性与灵敏度，本工作不仅为地面引力实验提供了新型技术手段，也为空间引力波探测等国家重大需求提供了关键技术支撑。
(2)悬浮小球微机械系统
真空光镊因无机械耗散、与热环境解耦、超高灵敏度等优势，成为精密测量和基础物理研究的理想平台，如下图所示。但在高真空环境下，由于环境阻尼弱以及粒子高速运动，难以捕获或长时间稳定。课题组构建了基于光悬浮微球的机械系统，后续将利用该系统探测新物理效应。
2.量子引力效应检验
基于精密扭秤和悬浮微球开展量子引力效应检验。
（1）时空离散性
量子引力预言的时空离散性是前沿问题。基于因果集理论，通过“洒点”构建离散模型，对比克莱因-戈登传播子、达朗贝尔算子等物理量的差异。有限洒点密度下的高阶修正，其直接源于时空离散性，可为伽马射线暴观测、高精度干涉仪实验等提供验证，推动量子引力基本结构构建。
（2）引力子
现有研究表明，即便探测到“单引力子”信号，也无法证明引力是量子化的，因为经典随机引力波模型可产生完全相同的信号。要确证量子性，必须观测到只有非经典量子态（如压缩态）才具有的统计特征。然而，现有探测技术效率极低，导致量子信号被强烈抑制，这构成了本领域的核心挑战，也是驱动本组探索新物理方案的主要动力。基于毫克级扭秤检验引力子的实验设计图如下图所示。
（3）额外维
额外维理论试图通过引入更高维的时空几何，解决引力微弱的“层次问题”，以统一四种相互作用。课题组致力于通过高精度测量，探索由额外维引发的新型相互作用，以检验量子引力理论对统一模型和早期宇宙的预言。额外维中的五维ADD模型图像如下图所示。
（4）引力诱导纠缠
基于倒置谐振子的实验系统可有效地生成指数增长的纠缠，conger 显著克服引力微弱和退相干问题。与自由质量块或简谐振子相比，其纠缠生成速率快约300 倍，且抗退相干能力更强。作为一种实验实现方案，光学悬浮镜系统（如下图所示）通过几何效应产生反弹簧势，有效抑制光子散粒噪声，为在地面验证引力量子本质提供了可能。
3. 应用研究
(1) 推力测试
为了满足空间引力波探测需求，课题组基于弱力测量技术，研制了复摆型微推力测试系统。系统采用20 μm铍铜簧片悬挂，以重力为回复力矩，本征频率超1 Hz，通过配重调节刚度，采用液体金属解耦单元抑制电气干扰，使用重力矩在线标定刚度。目前，实现了1000 μN量程、0.09(2) μN分辨率及1 mHz~1 Hz内<0.1 μN/√Hz的噪声性能，开展了冷气推进器等地面测试。
(2) 检验质量锁紧与释放技术检验
空间引力波探测需构建高精度惯性基准，检验质量在轨自由落体是关键。课题组针对天琴计划，设计了基于复摆的释放冲量测试系统，采用双簧片悬挂实现大负载和高灵敏度，利用重力矩校准刚度，通过双顶针同步释放模拟在轨过程。铝检验质量释放冲量及不确定度分别达到10⁻⁵ kg·m/s和10⁻⁷ kg·m/s量级，为天琴计划冲量测试提供可行方案。
