微重力环境下的高精度原子干涉测量

我们提出一组实验，其中拉姆齐条纹(Ramsey-fringe)技术被定制用于探测起始和终止于同一基态能级的跃迁。当被时间延迟 $T$ 分隔的共振辐射脉冲与原子相互作用时，可能产生宽度量级为 1/T 的拉姆齐条纹。若每个脉冲包含两种反向传播的行波模，原子波函数被分裂为具有不同质心动量的两个或多个分量。这些分量的物质波干涉导致原子光栅，已在空间分离场和时间分离场中观测到。随时间变化的信号可转换为随频率变化的信号，从而产生基态拉姆齐条纹(ground state Ramsey fringes, GSRF)。这些信号可用于探测许多具有基础重要性的问题：以 $6 \times 10^{-9}g$ 的精度精确测量地球重力加速度 $g$ 及微重力环境中的残余重力；以 $6 \times 10^{-3}$ 度/小时的精度测量旋转速率；以及反冲频率测量。由于仅涉及起始和终止于同一基态的跃迁，频率测量可使用由相对低频石英振荡器锁相的激光器进行。我们的技术可能使基于拉曼-拉姆齐条纹的先前实验精度提高 100 倍（射频与石英振荡器频率之比），或将频率稳定要求按同一比例降低。