Pirmā atomu interferometra izmantošana gaisa kuģa paātrinājuma mērīšanai

Matērijai piemīt prātam neaptverama spēja uzvesties kā viļņi, kā arī kā daļiņas, taču fiziķiem ir vajadzīgs zināms laiks, lai izmantotu šo efektu. Tomēr pēdējos gados dažādas grupas visā pasaulē ir pilnveidojušas mākslu izveidot lāzeram līdzīgus atomu starus un ļaut tiem traucēt, lai radītu traucējumu modeļus.

Tā sauktajiem atomu interferometriem ir milzīgs potenciāls. Tā kā atomu un molekulu viļņa garums var būt mazāks par gaismu, interferometri var būt daudz precīzāki.

Turklāt atšķirībā no gaismas atomus ietekmē Zemes gravitācija, kas ļauj izmērīt šo spēku ar nepieredzētu precizitāti. Tas tiek darīts vai nu īpašās pazemes laboratorijās, kur ierīces var izolēt no ārējās ietekmes, vai arī brīvas krišanas eksperimentos, kur ierīces var piedzīvot īsu 0g periodu.

Bet ir vēl viena lieta, kas atomu interferometriem būtu jāspēj: izmērīt paātrinājumu. Teorētiski šīm ierīcēm ir potenciāls darboties kā akselerometriem, kas ir vismaz tikpat jutīgi kā mūsdienu inerciālās navigācijas sistēmas. Un tiem vajadzētu būt arī izturīgākiem, jo ​​īpaši tāpēc, ka tie darbojas bez (parastām) kustīgām daļām.

Bet ir problēma. Atomu interferometri ir tik jutīgi, ka mazākā vibrācija pārspēj rezultātus. Un tas izslēdza tos kā noderīgus inerciālos sensorus.

Līdz šim brīdim. Šodien Remijs Geigers no Parīzes Charles Fabry laboratorijas un amis grupa ir izveidojuši pirmo atomu interferometru, kas var izmērīt lidmašīnas kustības. Viņi pat ir izmēģinājuši savu ierīci ar Airbus A300, sakot, ka tā spēj izmērīt 300 reižu mazāku paātrinājumu nekā lidmašīnas kustības.

Šo puišu pilnveidotais triks ir veids, kā novērst lielo vibrāciju ietekmi, kas citādi pārslogotu viņu mērījumus. To viņi dara ar komplektam pievienotiem mehāniskiem akselerometriem, kas reģistrē lidmašīnas liela mēroga kustību.

Pēc tam viņi vienkārši noņem šos mērījumus no paātrinājuma, ko mēra ar atomu interferometru. Tas atklāj daudz mazās variācijas, ko mēra ar atomu interferometru.

Mūsu instruments sastāv no hibrīda sensora, kas spēj izmērīt lielus paātrinājumus, pateicoties mehāniskajām ierīcēm, un spēj sasniegt augstu izšķirtspēju, pateicoties atoma akselerometram, saka Geiger un co.

Tam var būt būtiska ietekme uz navigācijas sistēmām, jo ​​šāda precizitāte varētu palīdzēt izlabot kļūdas, kas rodas tradicionālajās inerciālās navigācijas sistēmās.

Bet šī tehnika varētu palīdzēt arī citās jomās, piemēram, ģeodēzijā un gravimetrijā, kas mēra nelielas izmaiņas Zemes gravitācijas laukā.

Tas varētu arī atvieglot fundamentālos fizikas eksperimentus mikrogravitācijā. Viens svarīgs eksperiments ir noteikt ierobežojumus principam, kas pazīstams kā brīvā kritiena universālums vai vājās ekvivalences princips. Tā ir ideja, ka visi ķermeņi krīt ar tādu pašu ātrumu neatkarīgi no to iekšējās struktūras.

Fiziķi to ir izmērījuši līdz vienai daļai no 10^13, taču dažas teorijas paredz, ka precīzākiem mērījumiem vajadzētu atklāt novirzi. Citiem vārdiem sakot, ķermeņa iekšējai struktūrai vajadzētu ietekmēt veidu, kādā tas nonāk gravitācijas ietekmē, bet tikai nedaudz.

Līdz šim visos eksperimentos, lai to izmērītu mikrogravitācijā, ir izmantoti divi dažādi atomu interferometri, lai novērstu troksni. Faktiski tie mēra atšķirību divu dažādu atomu krišanas veidā. Bet šāda veida relatīvais mērījums nav ideāls.

Jaunā tehnika dos fiziķiem veidu, kā tieši izmērīt viena veida atoma paātrinājumu, kas var novest pie vienas daļas mērījumiem no 10^15 kosmosa eksperimentos.

Un tā kā Eiropas Kosmosa aģentūra ir izvēlējusies tieši šādu testu saviem nākamās paaudzes eksperimentiem, kas pazīstami kā Cosmic Vision 2020–2022, līdz tam laikam mēs, iespējams, redzēsim tikai tā versiju orbītā.

Atsauce: arxiv.org/abs/1109.5905 : Inerciālo efektu noteikšana ar gaisa matērijas-viļņu interferometriju

paslēpties