原子干涉测量法首次在空间中展示


原子干涉仪产生干涉图样的一个例子

使用用于此目的的原子的原子干涉仪来实现极其精确的测量。

因此,它们可以例如用于测量地球的重力场或检测引力波。来自德国的一个科学家团队现在已经设法首次在空间中成功地在空间中进行原子干涉测量学 - 在亮起的火箭上。“我们已经建立了在探测火箭船上的原子干涉测量学的技术基础,并证明了这种实验不仅可以在地球上,而且在太空中,”约翰内斯·哥伦堡大学豪华(JGU)物理研究所的Patrick Windpassinger表示),他的团队参与了调查。他们的分析结果已在自然通信中公布。

由汉诺威莱布尼茨大学领导的来自多所大学和研究中心的研究团队于2017年1月启动了MAIUS-1任务。这是第一个在太空中产生玻色-爱因斯坦凝聚体的火箭任务。这种物质的特殊状态发生在原子——在这种情况下是铷原子——被冷却到接近绝对零度,或负273摄氏度的温度时。“对我们来说,这个超冷系统代表了原子干涉测量的一个非常有前途的起点,”Windpassinger解释道。温度是决定因素之一,因为在较低的温度下,可以进行更准确、更长的时间的测量。

原子干涉测量:通过空间分离和随后的原子叠加产生原子干扰

在实验期间,使用激光照射分离铷原子的气体,然后随后叠加。取决于在其不同路径上作用在原子上的力,可以制造几种干涉图案,这又可以用于测量影响它们的力,例如重力。

为精确测量奠定了基础

这项研究首先证明了玻色-爱因斯坦凝聚体的相干性,或者说是干涉能力,是原子系综的基本要求。为此,干涉仪中的原子仅通过改变光序列的方式部分叠加,这在相干性的情况下导致了空间强度调制的产生。研究小组由此证明了这一概念的可行性,这可能导致进一步的实验,以测量地球的引力场,探测引力波,以及测试爱因斯坦的等效原理。

当“MAIUS-2”和“MAIUS-3”发射后,更多的测量将成为可能

在不久的将来,该团队希望进一步研究高精度原子干涉法的可行性,以测试爱因斯坦的等效原理。另外两次火箭发射,MAIUS-2号和MAIUS-3号,计划于2022年和2023年发射,在这些任务中,该团队还打算使用钾原子,除了铷原子,来产生干涉图案。通过比较两种原子的自由落体加速度,我们可以用以前无法达到的精度来检验等价原理。“开展这种实验将是未来的一个目标,在卫星或国际空间站ISS上,可能在正在规划阶段的玻色爱因斯坦凝聚态和冷原子实验室BECCAL内。在这种情况下,可实现的精度不会受到火箭上有限的自由落体时间的限制,”André文兹劳斯基博士解释说。他是JGU的风乘飞船研究组的成员,直接参与了发射任务。

该实验是量子技术研究领域高度活跃的一个例子,该领域还包括量子通信、量子传感器和量子计算等领域的发展。

MAIUS-1探空火箭任务是一个联合项目,包括汉诺威莱布尼茨大学、不来梅大学、美因茨约翰内斯古腾堡大学、Universität汉堡、Humboldt-Universität柏林、柏林费迪南-布劳恩研究所和德国航空航天中心(DLR)。该项目的经费由德国航空航天中心航天局安排,资金由德国联邦经济事务和能源部根据德国联邦议院的一项决议提供。

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