精密重力测量 原子干涉仪是一种新型的重力测量仪器，它利用自由下落的微观原子对重力场的敏感性，结合原子干涉法来进行重力测量。原子干涉仪与光学M-Z干涉仪类似，两个不同相位的原子波包会形成干涉、呈现干涉条纹。通过对干涉条纹相位的提取，能够得出原子感受到的重力场信息。如果原子不受任何外力，它的干涉环路如图1中的平行四边形实线所示，两路原子没有路径差，干涉条纹的相位差为零。考虑重力的影响后，原子将沿图示的抛物虚线运动，两路原子将会有一定的路径差、干涉条纹相位将发生一定的移动，通过路径积分可以求解出重力场中原子干涉条纹的最终相位。
图1原子重力仪原理图。
其中，g为原子的重力加速度，keff为拉曼光的等效波矢，T为两个拉曼脉冲之间的时间间隔。原子干涉仪的相位变化只与加速度、有效波矢以及拉曼光的时间间隔有关，而后两者可以通过时间频率技术得到精确的控制，只要能够测出原子干涉条纹的相位，就能够实现绝对重力加速度的精确测量。
2011年，研究组利用小型冷铷原子重力仪(WIPM-2010)进行了重力的测量和地球潮汐现象的观测(图2, Chin. Phys. Lett., 28, 013701, 2011)，用阿伦方差(图3)评估的原子重力仪短期灵敏度为2.0×10-7g/Hz1/2，积分1888 s 的测量分辨率为Dg/g =4.5´10-9g。
图2.原子重力仪(WIPM-2010)记录的地球潮汐数据(2010年5月14-19日)。黑色点线为实验观测数据，红色实线为根据理论模型计算的曲线。
图3. 原子重力仪(WIPM-2010)短期灵敏度的阿伦方差评估。
原子重力仪的灵敏度高，但系统复杂、技术难度较大。原子重力仪物理系统的体积可以做到与经典重力仪相当，但光学和电子控制部分的体积却远比后者庞大。如何实现原子重力仪的整体小型化，将是原子重力仪走向实际应用的关键。
弱等效原理检验 爱因斯坦的广义相对论基于两个假设：等效原理和广义协变原理。等效原理表述为：在引力场中的任何位置都能找到一个"局部惯性系"，在其中一切物理定律与没有引力场时的惯性系中的形式相同。等效原理是验证广义相对论与大统一理论的重要标准，等效原理的高精度实验检验具有非常重要的科学意义。
历史上有大量针对爱因斯坦等效原理的检验实验，都是使用宏观物体作为检验质量，截止目前还没有发现等效原理的破缺。那么，微观粒子在引力场中的运动是否满足等效原理？由于微观粒子(在低速情况下)需要用量子力学而不是用牛顿力学来描写，所以使用它们来做自由落体实验就会面临一些概念性的问题。从20世纪60年代以来，人们就在理论和实验两个方面对微观粒子在引力场中的自由落体运动进行了研究。
检验弱等效原理的实验，通常测量两个不同材料的物体在引力场中的加速度的相对变化率。检验实验的传统方案主要有三种：扭秤实验、高塔落体实验和激光测月实验。原子干涉仪技术的发展，为利用微观粒子进行WET 检验提供了新途径。用原子干涉仪测量出不同原子(例如，铷原子的两种同位素85Rb和87Rb)在重力场中加速度的相对变化，就可以在短距离内检验WEP是否成立，实验的精度取决于原子干涉仪对各同位素原子重力加速度的测量精度。
原子干涉仪的灵敏度取决于参与干涉过程的原子数目和原子自由演化时间。为增加原子的自由演化时间，研制大型原子干涉仪是一种必要的方案。研究组设计研制了WEP实验用喷泉式高精度原子干涉仪(简称为十米原子干涉仪)，方案如图4所示。整个系统由下磁光阱、喷泉管、上磁光阱三大部分组成，整个系统长达12 m。其中，下磁光阱可以制备85Rb、87Rb两种原子喷泉，上磁光阱可以提供87Rb、6Li四种自由落体原子云，上下磁光阱都通过塞曼减速器提供原子束源。核心部分由塞曼减速器、三维磁光阱和喷泉干涉管腔组成。已经实现了85Rb-87Rb双组份磁光阱，获得了双组份原子喷泉信号(Gen. Relat. Gravit., 43,1931, 2011)，开展了原子干涉方案-双拉曼跃迁干涉的研究，观察到双拉曼跃迁原子干涉条纹。
图4十米原子干涉仪装置示意图。
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| 十米原子干涉仪装置上获得的85Rb和87Rb原子喷泉信号，最高达到12.3 m | |
| 实验装置 | |
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| 原子落塔1 |
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| 原子落塔2 | 原子落塔3 |
