爱因斯坦等效原理的地面检验：从实验室到 10 米原子喷泉

迄今为止，尚不存在结合量子场论与广义相对论从而统一所有四种基本相互作用的框架。作为广义相对论基础的爱因斯坦等效原理 (EEP) 的破坏，可能成为量子引力理论的关键。自由落体普适性 (UFF) 是 EEP 的三大支柱之一，已通过经典物体进行了广泛检验。UFF 的量子检验，例如利用物质波干涉术，允许使用互补的检验质量集、数量级更大的检验质量相干长度，并研究自旋-引力耦合。我们回顾了近期为在地面进行高灵敏度 UFF 物质波检验所做的工作。在此范围内，首次利用两种不同化学元素 Rb-87 和 K-39 的 UFF 量子检验已经完成，得到厄特沃什比 $\eta_{\,\text{Rb,K}}=(0.3\pm 5.4)\times 10^{-7}$。我们评估了当前在 $10^8$ 分之一的水平上限制测量的系统效应，并最终提出了我们的策略，通过在极长基线原子干涉测量装置中比较铷和镱的自由落体来改进当前的最先进水平。在此，10 米基线结合对系统效应的精确控制，将能够在 $10^{13}$ 分之一及更高的水平上测定厄特沃什比，从而触及并超越最佳经典检验的性能极限。