一种用于探索基础物理现象的新型原子干涉仪

引力波和超轻暗物质是基础物理学中最前沿的研究方向之一。目前地面激光干涉仪（如LIGO、Virgo）和空间激光干涉仪（如LISA）在中频段（约0.1–10赫兹）存在探测盲区，而长基线原子干涉仪（如AION、MAGIS、AEDGE等）恰好可填补这一空白。这类仪器利用冷原子的量子波性，通过激光脉冲操控原子波函数，形成类似‘原子钟’的精密相位传感器。其核心挑战在于：激光本身的相位噪声远高于量子极限，会严重干扰测量。本文首次在实验室成功验证了一种差分式锶-87原子干涉仪原型——它采用单光子钟跃迁技术，将两团相距1毫米的超冷原子分别作为两个干涉仪，共用同一台超稳钟激光器。实验表明：即使人为注入每脉冲数弧度的激光相位噪声（模拟未来千米级探测器的实际噪声水平），该差分结构仍能完全抑制共模噪声，使灵敏度稳定维持在标准量子极限（即仅受原子统计涨落限制）。更关键的是，该装置还能在激光相位完全随机化的极端条件下，准确恢复出微弱的周期性信号（如引力波或暗物质引起的振荡），而单个干涉仪此时已完全失效。这证明了差分测量原理对噪声的天然免疫能力，为未来空间尺度（如AEDGE项目设想的4万公里基线）的引力波与暗物质联合探测提供了坚实的技术验证。