基于纠缠增强的自旋原子局域洛伦兹对称性破缺检验方案提议

洛伦兹变换下的不变性对于标准模型和广义相对论都是基础的。通过原子系统检验洛伦兹对称性破缺（LSV）在理论与实验上引起了广泛兴趣。一些近期检验 LSV 的提议指出，破缺效应可描述为局域相互作用。进一步地，LSV 的检验精度可通过量子纠缠增强，其量子 Fisher 信息（QFI）表明检验精度可渐近达到海森堡极限。一般而言，集体可观测量有限的分辨率阻碍了对大 QFI 的探测。在此，我们提出一种多模多体量子干涉术，利用自旋原子系综检验 LSV 参数 $\kappa$。通过采用 $N$ 原子多模 GHZ 态，检验精度可达到海森堡极限 $\Delta \kappa \propto 1/(F^2N)$，其中 $F$ 为自旋长度，$N$ 为原子数。我们找到了一种实际可观测量（或实用测量过程）以实现终极精度，并以实验上可实现的玻色凝聚自旋-1 原子三模干涉术为例研究了 LSV 检验。通过选取合适的输入态和幺正重组操作，LSV 参数 $\kappa$ 可通过布居数测量提取。特别地，LSV 参数 $\kappa$ 的测量精度可击败标准量子极限，甚至通过自旋混合动力学或驱动穿越量子相变逼近海森堡极限。我们提出的方案可能为原子系统 LSV 检验的大幅改进开辟可行途径，并提供一种多粒子纠缠态的替代应用。