用于 Sr 或 Yb 原子的单光子大动量转移原子干涉测量方案及其在确定精细结构常数中的应用

目前精细结构常数 $\alpha$ 的领先实验测定依赖于来自 Ramsey-Bordé 原子干涉测量（具有大动量转移）的原子光子反冲测量，以提供绝对质量测量。我们提出了一种中等尺度差分原子干涉仪的实验方案，以利用单光子光钟跃迁测量中性原子物种的光子反冲。我们通过考虑以适当的初始条件独立发射两团超冷原子，计算了该方案中优化反冲相位同时消除不需要的重力梯度相位的轨迹。对于 Sr 和 Yb，我们发现使用现有技术，3m 高的原子干涉仪足以实现 $\Delta m / m \sim 1\times 10^{-11}$ 的绝对质量测量精度。如此精确的测量（对 Sr 或 Yb 而言为首次）将使 $\alpha$ 的不确定性减半——该不确定性将不再受限于绝对质量测量。消除这一限制将允许通过相对质量测量的相应改进将 $\alpha$ 的不确定性降低 10 倍，从而为粒子物理标准模型的更高精度检验铺平道路。