De Geavanceerde Optica van het Atoom voor Opsporing van Theoretisch Voorspelde GravitatieGolven

Published on October 19, 2012 at 6:11 AM

Een bereidende technologie geschikt voor atoom-vlakke precisie wordt nu ontwikkeld om te ontdekken wat tot dusver onwaarneembaar is gebleven: gravitatie golven of rimpelingen in plaats-tijd die door cataclysmische gebeurtenissen met inbegrip van zelfs Big Bang wordt veroorzaakt zelf.

Einstein voorspelde ernstgolven in zijn algemene relativiteitstheorie, maar tot op heden zijn deze rimpelingen in de stof van plaats-tijd nooit waargenomen. Nu probeert een wetenschappelijke onderzoektechniek genoemd AtoomInterferometry om de canon te herschrijven. Samen met onderzoekers bij de Universiteit van Stanford, ontwikkelen de wetenschappers bij NASA Goddard een systeem om de vage gravitatietrillingen te meten die door beweging van massieve voorwerpen in het heelal worden geproduceerd. De wetenschappelijke uitbetaling zou belangrijk kunnen zijn, beter helpend hoofdthema's verduidelijken in ons begrip van kosmologie. Maar de toepassingsuitbetaling zou, ook, met het potentieel wezenlijk kunnen zijn om diepgaande vooruitgang op gebieden te ontwikkelen als geolocation en het timekeeping. In deze video onderzoeken wij hoe het systeem, en het wetenschappelijke ondersteunen van de onderzoeksinspanning zou werken. Krediet: NASA/Goddard het Centrum van de RuimteVlucht

Een team van onderzoekers in Goddard Space Flight Center van NASA in Groengordel, Md., de Universiteit van Stanford in Californië, en AOSense, Inc., in Sunnyvale, Californië, won onlangs financiering in het kader van het programma van de Concepten van NASA Innovatieve (NIAC) Geavanceerde om atoom-optica technologieën vooruit te gaan. Sommigen geloven dit het te voorschijn komen, is de hoogst nauwkeurige metingstechnologie een technologische panacee voor alles van het meten van gravitatiegolven aan leidingsonderzeeërs en vliegtuigen.

„Ik heb deze technologie voor een decennium,“ bovengenoemde Bernie Seery, een stafmedewerker gevolgd Goddard die in het vestigen van het strategische vennootschap van Goddard met de Universiteit en AOSense van Stanford twee jaar geleden instrumentaal was. De „technologie is meerderjarig geworden en Ik ben verrukte NASA heb gekozen deze inspanning voor een toekenning NIAC,“ hij zei.

Het Niac- programma steunt potentieel revolutionaire, zeer riskante technologieën en opdrachtconcepten die de doelstellingen van NASA konden vooruitgaan. „Met deze financierende en andere steun, kunnen ons wij vooruit bewegen sneller nu, bovengenoemde Seery, toevoegend dat de militaire V.S. zwaar in de technologie hebben geïnvesteerd om navigatie dramatisch te verbeteren. „Het stelt een rijkdom aan mogelijkheden open.“

Hoewel de onderzoekers geloven biedt de technologie grote belofte voor een verscheidenheid van ruimtetoepassingen, met inbegrip van het navigeren rond een dichtbijgelegen-aardeasteroïde aan om zijn gravitatiegebied te meten en zijn samenstelling af te leiden, tot dusver hebben zij hun inspanningen bij het gebruiken van het zaad van Goddard en van het Onderzoek en van de Ontwikkeling van NASA financiering om sensoren geconcentreerd vooruit te gaan die theoretisch voorspelde gravitatiegolven konden ontdekken.

Voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, komen voor de gravitatiegolven wanneer de massieve hemelvoorwerpen bewegen en de stof van plaats-tijd rond hen onderbreken. Tegen de tijd dat deze golven Aarde bereiken, zijn zij zo zwak dat de planeet zich uitbreidt en minder dan een atoom in reactie aangaat. Dit maakt hun opsporing die met ground-based apparatuur omdat het milieulawaai, zoals oceaangetijden en aardbevingen, hun vage gefluister kan gemakkelijk onder water zetten uitdaagt.

Hoewel de astrofysische observaties hun bestaan, geen instrument hebben geïmpliceerd of waarnemingscentrum, met inbegrip van het ground-based Waarnemingscentrum van de gravitatie-Golf van de Interferometer van de Laser, ooit direct hen heeft ontdekt.

Indien de wetenschappers hun bestaan bevestigen, zeggen zij de ontdekking astrofysica zou hervormen, die hen een nieuw hulpmiddel om alles te bestuderen van het inspiralling van zwarte gaten aan het vroege heelal vóór de mist van waterstofplasma die wordt gekoeld geeft om aan de vorming van atomen uiting te geven.

Het team gelooft atoomoptica of atoominterferometry houdt de sleutel aan direct het ontdekken van hen.

Interferometry van het Atoom werkt heel erg zoals optische interferometry, een 200 éénjarigentechniek die wijd in wetenschap wordt gebruikt en de industrie hoogst nauwkeurige metingen te verkrijgen. Het verkrijgt deze metingen door licht te vergelijken dat in de twee gelijke helften met een apparaat genoemd een beamsplitter is verdeeld. Één straal denkt van een spiegel na die op zijn plaats wordt bevestigd; van daar, reist het naar een camera of een detector. Andere glanst door iets wetenschappers wil meten. Het denkt dan van een tweede spiegel, rug door beamsplitter, en dan op een camera of een detector na.

Omdat de weg die dat de één straalreizen zich in lengte en de andere reizen een extra afstand of op één of andere andere lichtjes verschillende manier, de twee lichtstralenoverlapping wordt bevestigd en mengen wanneer zij omhoog samenkomen, tot een interferentiepatroon leidt dat de wetenschappers inspecteren om hoogst nauwkeurige metingen te verkrijgen.

Interferometry van het Atoom, echter, voorziet op quantumwerktuigkundigen, de theorie van een scharnier die beschrijft hoe de kwestie zich bij submicroscopische schalen gedraagt. Enkel aangezien de golven van licht als deeltjes kunnen handelen genoemd fotonen, kunnen de atomen in acteren als golven worden afgetroggeld indien gekoeld aan dichtbij absolute nul. Bij die ijzige temperaturen, die de wetenschappers door een laser bij het atoom in brand te steken bereiken, vertraagt zijn snelheid aan bijna nul. Door een andere reeks laserimpulsen bij laser-gekoelde atomen in brand te steken, zetten de wetenschappers hen in wat zij een „superposition van staten.“ roepen

Met andere woorden, hebben de atomen verschillende impulsen die hen toelaten om ruimte te scheiden en worden gemanipuleerd om langs verschillende banen te vliegen. Uiteindelijk, kruisen zij wegen en combineren bij de detector - zoals enkel in een conventionele interferometer opnieuw. De „Atomen hebben een manier meteen om in twee plaatsen te zijn die, het aan lichte interferometry analoog,“ bovengenoemd Teken Kasevich, een Universitair professor van Stanford en een teamlid maken dat voor het duwen van de grenzen van atoomoptica wordt gecrediteerd.

De macht van atoominterferometry is zijn precisie. Als de weg een atoom neemt door zelfs een picometer varieert, zou een atoominterferometer het verschil kunnen ontdekken. Gezien zijn atoom-vlakke precisie, „de gravitatie-golfopsporing is betwistbaar de meest dwingende wetenschappelijke toepassing voor deze technologie in ruimte,“ bovengenoemde fysicus Babak Saif, die de inspanning in Goddard leidt.

Sinds zich het aansluiten van bij krachten, heeft het team een krachtig, narrowband vezeloptisch lasersysteem ontworpen dat het van plan is om bij één van de grootste het atoominterferometers van de wereld te testen - een 33 voet dalingstoren in de kelderverdieping van een Universitair de fysicalaboratorium van Stanford. Sluit wetenschappelijk aan wat het team nodig zou hebben om theoretische gravitatiegolven te ontdekken, de technologie als stichting voor om het even welk op atoom-gebaseerd instrument worden gebruikt dat wordt gecreeerd om in ruimte, bovengenoemde Saif te vliegen.

Tijdens de test, zal het team een wolk van neutrale rubidiumatomen binnen de 33 voet toren opnemen. Aangezien de ernst een trekkracht op de wolk beweert en de atomen beginnen te vallen, zal het team zijn nieuw lasersysteem aan brandimpulsen van licht gebruiken om hen te koelen. Eens in de wave-like staat, zullen de atomen een andere ronde van laserimpulsen ontmoeten die hen om toestaan ruimte te scheiden. Hun banen kunnen dan worden gemanipuleerd zodat hun wegen bij de detector kruisen, creërend het interferentiepatroon.

Het team verfijnt ook een concept van de gravitatie-golfopdracht het heeft geformuleerd. Gelijkaardig aan de RuimteAntenne van de Interferometer van de Laser (LISA), verzoekt het concept identiek uitgerust ruimtevaartuig drie dat in een driehoek-vormige configuratie wordt geplaatst. In Tegenstelling Tot LISA, echter, zou het ruimtevaartuig uitgerust met atoominterferometers komen en zij zouden veel dichter elkaar - tussen 500 en 5.000 kilometers apart cirkelen, die met de vijf-miljoen-kilometer van LISA scheiding worden vergeleken. Indien een gravitatiegolf voorbij rolt, zouden de interferometers de minuscuul beweging kunnen ontdekken.

„Ik geloof deze technologie uiteindelijk in ruimte zal werken,“ bovengenoemde Kasevich. „Maar het geeft blijk van een werkelijk ingewikkelde systemenuitdaging die verder dan onze deskundigheid gaat. Wij willen werkelijk in ruimte vliegen, maar hoe u deze technologie op een satelliet past? Hebbend iets werk in ruimte is verschillend dan de metingen wij Aarde.“ overnemen

dat is waar Goddard binnen komt, bovengenoemde Saif. „Wij hebben ervaring met alles behalve het atoomdeel,“ hij zei, toevoegend dat AOSense reeds een team van meer dan 30 fysici tewerkstelt en de ingenieurs zich bij de bouw van compacte, ruw gemaakte atoom-optica instrumenten concentreerden. „Wij kunnen het systemenontwerp doen; wij kunnen de laser doen. Wij zijn ruimtevaartuigmensen. Wat wij niet zouden moeten doen vindt de atoomfysica opnieuw uit. Dat is onze partners forte.“

Bron: http://www.nasa.gov/

Last Update: 19. October 2012 06:37

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit