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Ottica Avanzata dell'Atomo per Rilevazione delle Onde Gravitazionali Teoricamente Prevedute

Published on October 19, 2012 at 6:11 AM

Una tecnologia aprente la strada capace di di precisione livella atomico ora sta sviluppanda per individuare che cosa finora è rimanere impercettibile: onde gravitazionali o ondulazioni nello spazio-tempo causato dagli eventi cataclismici compreso anche Big Bang stessa.

Einstein ha predetto le onde gravitazionali nella sua teoria della relatività generale, ma fin qui queste ondulazioni nel fabbricato dello spazio-tempo non sono state osservate mai. Ora una tecnica di ricerca scientifica chiamata Atomic Interferometry sta provando a riscrivere il canone. Insieme con i ricercatori alla Stanford University, gli scienziati alla NASA Goddard stanno mettendo a punto un sistema per misurare le vibrazioni gravitazionali deboli generate tramite movimento degli oggetti massicci nell'universo. Il profitto scientifico ha potuto essere importante, aiutando meglio chiarisce i punti chiave nella nostra comprensione della cosmologia. Ma il profitto dell'applicazione ha potuto essere sostanziale, anche, con il potenziale di sviluppare gli avanzamenti profondi nei campi come il geolocation ed il cronometraggio. In questo video esaminiamo come il sistema funzionerebbe ed i sostegni scientifici dello sforzo di ricerca. Credito: Centro di Volo Spaziale di NASA/Goddard

Un gruppo dei ricercatori a Goddard Space Flight Center della NASA in Zona verde, nel Md., in Stanford University nella California ed in AOSense, Inc., in Sunnyvale, la California, recentemente ha estratto il finanziamento nel quadro del programma Avanzato Innovatore di Concetti (NIAC) della NASA per avanzare le tecnologie delle atomo-ottica. Alcuni credono questa emergenza, la tecnologia altamente precisa di misura è una panacea tecnologica per tutto dalla misurazione delle onde gravitazionali ai sottomarini ed agli aeroplani di guida.

“Sto seguendo questa tecnologia per una decade,„ ha detto Bernie Seery, un dirigente di Goddard che era strumentale nell'instaurazione dell'associazione strategica di Goddard con la Stanford University e AOSense due anni fa. “La tecnologia è venuto dell'età e sono NASA contentissima ho scelto questo sforzo per un premio di NIAC,„ ha detto.

Il programma di NIAC supporta le tecnologie ed i concetti potenzialmente rivoluzionari e ad alto rischio di missione che potrebbero avanzare gli obiettivi della NASA. “Con questo finanziamento ed altro supporto, possiamo muoverci avanti più rapidamente ora, Seery ha detto, aggiungendo che il militare degli Stati Uniti ha investito molto nella tecnologia per migliorare drammaticamente il percorso. “Apre una ricchezza delle possibilità.„

Sebbene i ricercatori ritengano la tecnologia offre la grande promessa per varie applicazioni dello spazio, compreso la navigazione intorno ad un'asteroide della quasi-Terra per misurare il suo campo gravitazionale e per dedurre la sua composizione, finora hanno concentrato i loro sforzi sul usando il finanziamento di seme di Ricerca e sviluppo della NASA e di Goddard per avanzare i sensori che potrebbero individuare le onde gravitazionali teoricamente prevedute.

Predetto dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein, le onde gravitazionali accadono quando gli oggetti celesti massicci si muovono ed interrompono il fabbricato dello spazio-tempo intorno loro. Prima che queste onde raggiungano la Terra, sono così deboli che il pianeta espande e contrae di meno che un atomo nella risposta. Ciò rende la loro rilevazione con strumentazione a terra più provocatoria perché il disturbo ambientale, come le maree dell'oceano ed i terremoti, può inondare facilmente i loro murmurings deboli.

Sebbene le osservazioni astrofisiche abbiano implicato la loro esistenza, nessuno strumento o osservatorio, compreso l'Osservatorio a terra di Gravitazionale-Wave dell'Interferometro Laser, mai direttamente li ha individuati.

Se gli scienziati confermano la loro esistenza, dicono che la scoperta rivoluzionerebbe l'astrofisica, dante loro un nuovo strumento per lo studio del tutto dai buchi neri inspiralling all'universo in anticipo prima della nebbia del plasma dell'idrogeno raffreddata per condurre alla formazione di atomi.

Il gruppo crede che l'ottica dell'atomo o interferometria dell'atomo tenga il tasto direttamente ad individuarli.

L'interferometria dell'Atomo funziona tanto come l'interferometria ottica, una tecnica di 200 anni ampiamente usata nella scienza e l'industria per ottenere le misure altamente accurate. Ottiene queste misure confrontando l'indicatore luminoso che è stato diviso in due metà uguali con un'unità chiamata un beamsplitter. Un raggio riflette fuori da uno specchio che è fissato sul posto; da là, viaggia ad una macchina fotografica o ad un rivelatore. L'altro splende con che qualcosa gli scienziati vogliono misurare. Poi riflette fuori da un secondo specchio, arretrato attraverso il beamsplitter e poi su una macchina fotografica o su un rivelatore.

Poiché il percorso che un raggio viaggia è fissato nella lunghezza e nell'altra viaggia una distanza extra o in un certo altro leggermente modo diverso, i due raggi luminosi si sovrappongono ed interferiscono quando si trovano, creando un reticolo di interferenza che gli scienziati ispezionano per ottenere le misure altamente precise.

L'interferometria dell'Atomo, tuttavia, munisce di cardini meccanica quantistica, la teoria che descrive come la materia si comporta ai disgaggi submicroscopici. Appena come onde di indicatore luminoso possono agire come le particelle chiamate i fotoni, atomi possono essere blanditi nell'agire come le onde se raffreddato a zero assoluto vicino. A quelle temperature frigide, che gli scienziati raggiungono facendo fuoco un laser contro l'atomo, la sua velocità rallenta a quasi zero. Facendo fuoco un'altra serie di impulsi del laser contro gli atomi laser-raffreddati, gli scienziati li mettono in cui chiamano “una sovrapposizione degli stati.„

Cioè gli atomi hanno slanci differenti permettendoli di separare nello spazio e di essere manipolato per volare lungo le traiettorie differenti. Finalmente, attraversano i percorsi e ricombinano al rivelatore - appena come in un interferometro convenzionale. “Gli Atomi hanno un modo di essere in due posti immediatamente, rendente lo analogo per accendere interferometria,„ ha detto il Segno Kasevich, il professor di Stanford University e membro di gruppo accreditati la spinta delle frontiere delle ottica dell'atomo.

La potenza dell'interferometria dell'atomo è la sua precisione. Se il percorso che un atomo cattura varia anche da un picometer, un interferometro dell'atomo potesse individuare la differenza. Dato la sua della precisione livella atomico, “la rilevazione di gravitazionale-Wave è discutibilmente la domanda scientifica più coercitiva di questa tecnologia nello spazio,„ ha detto il fisico Babak Saif, che piombo lo sforzo a Goddard.

Dalle forze unentesi, il gruppo ha progettato un sistema laser a fibra ottica potente e a banda stretta che pianificazione collaudare ad uno di più grandi interferometri dell'atomo del mondo - un pilone da 33 piedi cadenti nel basamento di un laboratorio di fisica di Stanford University. Chiuda scientifico a cui il gruppo avrebbe bisogno di individuare le onde gravitazionali teoriche, la tecnologia sarebbe usata come le fondamenta per tutto lo a strumento basato a atomo creato per volare nello spazio, Saif ha detto.

Durante la prova, il gruppo inserirà una nuvola degli atomi neutrali del rubidio dentro il pilone da 33 piedi. Mentre la gravità asserisce che un tirare la nuvola e gli atomi cominciano a cadere, il gruppo utilizzerà il suo nuovo sistema laser per infornare gli impulsi di indicatore luminoso per raffreddarli. Una Volta nello stato ondulato, gli atomi incontreranno un altro giro degli impulsi del laser che li permettono di separare nello spazio. Le Loro traiettorie poi possono essere manipolate in modo che i loro percorsi attraversino al rivelatore, creando il reticolo di interferenza.

Il gruppo egualmente sta regolando un concetto che di missione di gravitazionale-Wave ha formulato. Simile all'Antenna dello Spazio dell'Interferometro Laser (LISA), il concetto richiede il veicolo spaziale identicamente fornito tre collocato in una configurazione a forma di triangolo. A Differenza di LISA, tuttavia, il veicolo spaziale verrebbe fornito di interferometri dell'atomo ed orbiterebbero molto più vicino ad uno un altro - fra 500 e 5.000 chilometri a parte, rispetto alla separazione del cinque-milione-chilometro di LISA. Se un'onda gravitazionale lamina oltre, gli interferometri potrebbero percepire il movimento minuscolo.

“Credo che questa tecnologia finalmente funzioni nello spazio,„ Kasevich ha detto. “Ma presenta una sfida realmente complicata dei sistemi che va oltre la nostra competenza. Noi realmente volete volare nello spazio, ma come misura questa tecnologia su un satellite? Facendo lavorare qualcosa nello spazio è differente che le misure che catturiamo su Terra.„

quello è dove Goddard entra, Saif ha detto. “Abbiamo esperienza di tutto eccetto la parte dell'atomo,„ ha detto, aggiungendo che AOSense già impiega un gruppo di più di 30 fisici ed ingegneri messi a fuoco sulla costruzione compatta, strumenti resi resistenti delle atomo-ottica. “Possiamo fare la progettazione di sistemi; possiamo fare il laser. Siamo la gente del veicolo spaziale. Che Cosa non dovremmo fare sta reinventando la fisica atomica. Quello è il proprio forte dei nostri partner.„

Sorgente: http://www.nasa.gov/

Last Update: 19. October 2012 06:38

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