微米間距非牛頓引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn).pdf

1、如何統(tǒng)一描述自然界四種基本相互作用（引力、電磁力、強(qiáng)相互作用和弱相互作用）是近幾十年物理學(xué)界的一大熱點(diǎn)，也是眾多物理學(xué)家的夢(mèng)想。目前大多數(shù)的統(tǒng)一理論都預(yù)言了引力在毫米或更近作用間距下會(huì)偏離牛頓反平方定律，或存在非牛頓引力。因而，對(duì)牛頓萬(wàn)有引力定律進(jìn)行高精度的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，尋找非牛頓引力，可以檢驗(yàn)各種統(tǒng)一理論的理論預(yù)言，為統(tǒng)一場(chǎng)論的進(jìn)一步發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　本課題研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：11275076，9143621

2、2）的資助。
　　本論文主要工作為在微米間距檢驗(yàn)非牛頓引力的研究。實(shí)驗(yàn)采用懸臂梁作為弱力傳感器，通過(guò)測(cè)量金球和密度調(diào)制結(jié)構(gòu)的吸引質(zhì)量間水平力的變化來(lái)檢驗(yàn)非牛頓引力是否存在。選擇將懸臂梁垂直于吸引質(zhì)量表面放置，使其對(duì)垂直方向受力不靈敏，降低Casimir力和靜電力的貢獻(xiàn)。采用氫氧焰熔融高純金絲的方法制備了金球，并將其粘到氮化硅懸臂梁上制作成檢驗(yàn)質(zhì)量探針，該探針在信號(hào)頻率處的噪聲本底為5.7fN√Hz。基于SOI硅片，采用微加工法制作

3、了密度調(diào)制吸引質(zhì)量，其表面與密度調(diào)制周期一致的起伏控制在約3nm。此外，考慮到吸引質(zhì)量表面存在隨機(jī)電荷分布以及表面粗糙度的影響，發(fā)展了二維信號(hào)測(cè)量方法，測(cè)量得到8倍頻信號(hào)的二維分布圖。研究了8倍頻信號(hào)分布與密度調(diào)制結(jié)構(gòu)的關(guān)系，通過(guò)增加吸引質(zhì)量表面鍍層的厚度和退火處理，降低了信號(hào)分布與密度調(diào)制結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性及信號(hào)的空間漲落。論文采用最大似然估計(jì)法分析了數(shù)據(jù)，給出了在95％置信水平下對(duì)非牛頓引力作用強(qiáng)度的限制，該結(jié)果不需要進(jìn)行Casimi