电子的 Lorentz 对称性 Michelson-Morley 检验

迄今为止的所有证据表明，实验的绝对空间取向绝不会影响其结果。这在物理学标准模型中通过要求所有粒子和场在 Lorentz 变换下不变来体现。对这一物理学重要基石最著名的检验是 Michelson-Morley 型实验\cite{MM, Herrmann2009,Eisele2009}，它们验证了光速的各向同性。Lorentz 对称性还意味着电子的动能应与其速度方向无关，\textit{即}其色散关系在空间上应是各向同性的。在本工作中，我们通过执行 Michelson-Morley 实验的电子类比来寻找电子 Lorentz 对称性的破坏。我们将束缚在钙离子内的电子波包分成具有不同取向的两部分，并在 95ms 的时间演化后重新合并。随着地球自转，波包的绝对空间取向发生改变，而电子色散关系中的各向异性将改变干涉信号的相位。为消除噪声，我们制备了一对处于无退相干子空间中的离子，从而抑制了两个离子共有的磁场涨落\cite{Roos2006}。经过 23 小时的测量，我们将能量变化限制在 $h\times 11$ mHz($h$ 为 Planck 常数)，验证了 Lorentz 对称性在 $1\times10^{-18}$ 量级上得以保持。我们将电子的 Lorentz 破坏极限提高了两个数量级\cite{Hohensee2013c}。我们也可以将结果解释为对 Coulomb 势旋转不变性的检验，将光速旋转各向异性的极限改善了五倍\cite{Herrmann2009,Eisele2009}。我们的实验展示了量子信息技术在探索超越标准模型物理学方面的潜力。