国际空间站冷原子实验室中原子物质波的干涉测量

超冷原子气体利用微重力环境提供的量子优势和延长自由落体时间，为空间科学带来了独特前景，能够实现下一代精密传感器。原子干涉仪是一类量子传感器，可以使用冷却至低于光子反冲温度的自由下落原子气体，对加速度、旋转和引力提供前所未有的灵敏度，目前正被开发用于引力、地球和行星科学中的天基应用，以及寻找可能标志着超越广义相对论和标准模型的物理学的微弱力。NASA 的冷原子实验室（CAL）作为多用户设施在国际空间站上运行，用于研究超冷原子并在持续的微重力环境中使量子技术（包括原子干涉测量）成熟。在本文中，我们报告了利用 CAL 原子干涉仪中超冷 $^{87}$Rb 原子进行的探路实验，该实验是通过 CAL 科学模块的在轨升级实现的：研究了三脉冲马赫-曾德尔干涉仪，以了解国际空间站振动影响的限制。此外，利用拉姆齐剪切波干涉测量在单次运行中展现了可观测超过 150 ms 自由膨胀时间的干涉图案。最后，CAL 原子干涉仪被用于远程测量来自原子干涉仪激光的光子反冲，作为太空中首个使用物质波干涉测量的量子传感器的演示。