基于超导体迈斯纳效应、磁通量子化效应和超导量子干涉器件（SQUID）的超导弱力测量是目前分辨率最高的弱力测量原理之一，相较传统测量原理具有数量级优势。力学研究所引力波实验中心团队在此领域布局多年，在中国科学院重点部署项目、国家重大科技专项课题、科技部重点研发计划青年科学家项目以及力学所所长基金等支持下，系统研究了基于机械支撑检验质量、全超导磁悬浮检验质量以及机械/超导混合支撑检验质量的三代超导弱力测量技术，近期取得重要进展。

图1：超导弱力测量系统（左）和由2个10 kg小球构建的引力测试信号源（右）

为在常规环境下（非专业超静超稳实验室）实现超高分辨率测量，团队研制的第三代超导弱力测量系统采用了4个超导体检验质量，通过差分测量抑制环境干扰；检验质量采用团队提出的超导磁悬浮与机械弹簧混合支撑方案，有效解决了前两代技术在灵敏度、系统复杂度和环境适应能力之间的矛盾，降低了对制造精度的依赖，实现了宽频段环境干扰抑制与系统优势测量频段的灵活调节，在强干扰环境下实现了超高分辨率弱力测量。

图:2：汇报及测试现场

近期，来自中国科学院上海光学精密机械研究所、中国计量科学研究院、中国科学院地质与地球物理研究所、清华大学、中船重工集团、北京航空航天大学等单位的同行专家对第三代系统进行了现场测试。测试结果显示，其差分位移测量噪声优于 3.7×10^-14 m Hz^-1/2 @ 1 Hz，差分加速度测量噪声优于3.8×10^-12 m s^-2 Hz^-1/2 @ 1 Hz，引力梯度测量噪声优于2×10^-11 s^-2 Hz^-1/2（0.02 E Hz^-1/2）@ 1 Hz，达到国际领先水平。

图3：超导弱力测量系统实测得到的由10 kg物体产生的差分引力信号

图4：超导弱力测量系统实测噪声谱密度

该系统是除数千米规模的大型引力波探测器之外，在0.1~1 Hz频段分辨率最高的地面弱力测量系统。在空间微重力环境下，其性能还可进一步提升。该技术将为下一代空间、地面和月基引力波探测、等效原理高精度检验、惯性拖曳观测、超越爱因斯坦引力理论的新物理检验，以及地球物理、水文与地质研究等领域提供新的实验手段。