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理论上预测的引力波的检测的先进的原子光学

Published on October 19, 2012 at 6:11 AM

作早期工作在的技术有能力在基本级的精确度上现在被开发检测到目前为止什么保持细微: 引力波或波纹在巨变活动造成的时空包括甚而大爆炸理论。

爱因斯坦在他的广义相对论上预测引力波,但是在时空织品的这些波纹从未迄今被观察。 现在称 Atomic 的一个科学研究技术 Interferometry 设法重写这个教规。 与斯坦福大学的研究员一道,美国航空航天局的 Goddard 科学家开发一个系统评定大量对象的移动生成的微弱的重心振动在宇宙的。 科学结局能是重要的,帮助更好澄清在对宇宙论的我们的了解的重要问题。 但是应用结局能是大量的,同样,以潜在开发在域的深刻预付款象 geolocation 和计时。 在此录影我们检查这个系统如何将运作和研究工作的科学支柱。 赊帐: NASA/Goddard 空间飞行中心

研究员小组在美国航空航天局的 Goddard 在绿色地带、 Md。,斯坦福大学在加利福尼亚和 AOSense, Inc. 的空间飞行中心,在森尼韦尔,加利福尼亚,最近赢取资助根据美国航空航天局创新先进的概念 (NIAC)程序提前原子光学技术。 一些相信此涌现,高度准确的评定技术是一切的技术万能药从评定引力波到操纵的潜水艇和飞机。

“我按照此技术十年”的 Goddard 执行委员说伯尼 Seery,是有助的在设立与斯坦福大学和 AOSense 的 Goddard 的有战略意义的合伙企业二年前。 “技术有成人,并且我是高兴美国航空航天局选择了 NIAC 证书的此工作成绩”,他说。

NIAC 程序支持可能地可能提前美国航空航天局的目的革命,高危险的技术和任务概念。 “与此资助和其他技术支持,我们可以移动, Seery 说,现在迅速向前补充说,美国军人在技术大量地投资巨大改进定位。 “它打开许多可能性”。

虽然研究员相信技术在近地球小行星附近提供各种各样的空间应用的巨大承诺,包括驾驶评定其引力场和推导其构成的,到目前为止他们集中他们的工作成绩于使用 Goddard 和美国航空航天局研究与开发催化基金提前可能检测理论上预测的引力波的传感器。

预测由阿尔伯特・爱因斯坦的广义相对论,引力波发生,当大量神圣对象移动并且在他们附近打乱时空织品。 当这些通知到达地球的时候,他们是很弱的这个行星比在回应的一个原子扩展并且收缩较少。 因为环境噪声,象海洋浪潮和地震,可能容易地使他们微弱的抱怨陷入沼泽,这使他们的检测用地基设备更加富挑战性。

虽然天体物理学的观察暗示他们的存在,没有仪器或观测所,包括地基激光干涉仪重心通知观测所,直接地检测了他们。

如果科学家确认他们的存在,他们说这个发现将改革天体物理学,产生他们为学习一切的一套新工具从 inspiralling 黑洞早期的宇宙在冷却的氢等离子前雾给原子的形成让路。

这个小组相信原子光学或原子干涉测量法把握这个关键对直接检测他们。

原子干涉测量法运作很象光学干涉测量法、一个 200 年技术用途广泛在科学和行业得到极为准确的评定。 它通过比较被分裂了成与称 beamsplitter 的设备的二个等于一半的光得到这些评定。 一条射线反射到位被修理的镜子; 从那里,它到照相机或探测器移动。 其他通过某事发光科学家要评定。 它然后反射第二个镜子,回到通过 beamsplitter,然后在照相机或探测器上。

由于路径一条射线旅行长度被修理,并且其他移动一个额外的距离或在某个其他有些不同的方式,二个光束重叠并且干涉,当他们见面,创建科学家检查得到高度准确的评定的干扰图。

原子干涉测量法,然而,取决于量子力学,描述的原理问题如何正常运行在亚微观缩放比例。 正光通知可能操作象称光子的微粒,原子可以被诱骗到操作象通知,如果冷却到最近绝对零度。 在那些寒冷温度,科学家通过射击激光达到在这个原子,其速度减慢对接近零。 通过射击激光脉冲另一系列在激光冷却的原子,科学家放他们到什么他们称状态的 “叠置”。

换句话说,原子有不同的动力允许他们分隔空间和被操作沿不同的弹道飞行。 最终,他们克服路径并且再结合在探测器 - 正在一台常规干涉仪。 “原子立即有方式是在二个安排,使它类似于点燃干涉测量法”,小组成员说标记 Kasevich、斯坦福大学教授和相信推进原子光学边境。

原子干涉测量法的功率是其精确度。 如果原子采取的路径由甚而微微米变化,原子干涉仪能检测这个区别。 给出其基本级的精确度, “重心通知检测可论证地是对此技术的最强制的科学申请在空间”,物理学家 Babak Saif 说,在 Goddard 导致这个工作成绩。

从协力,小组设计了它计划测试一致世界的最大的原子干涉仪 - 在斯坦福大学物理实验室的地下室的 33 英尺下落塔的一个强大,窄频带光导纤维的激光系统。 科学地关闭对什么这个小组会需要检测理论上的引力波,技术在空间将使用作为这个基础为被创建的所有基于原子的仪器飞行, Saif 说。

在这个测试期间,这个小组将插入中立铷原子云彩在 33 英尺塔里面的。 当重力主张在这朵云彩的下拉式和原子开始下跌,这个小组将使用其新的激光系统射击光脉冲冷却他们。 一次在这个波形的状态,原子将遇到的激光脉冲另一舍入给他们分隔空间。 他们的弹道可以然后被操作,以便他们的路径克服在这台探测器,创建干扰图。

它公式化了的这个小组也优化重心通知任务概念。 类似于激光干涉仪空间天线 (LISA),这个概念要求三在一种三角型配置安置的相等地被装备的航天器。 不同于莉萨,然而,航天器将来装备原子干涉仪,并且他们将循轨道运行离互相较近 - 在分开 500 和 5,000 公里之间,比较莉萨的五百万公里分隔。 如果引力波滚过去,干涉仪能感觉这个小字母的移动。

“我相信此技术在空间最终将运作”, Kasevich 说。 “但是它存在超出我们的专门技术范围的一个确实复杂系统挑战。 我们如何真要飞行在空间,但是您是否适合在卫星上的此技术? 安排某事运作在空间跟我们在地球上采取的评定不同”。

那是 Goddard 进来的地方, Saif 说。 “我们有与一切的经验除了原子零件”,他说,补充说, AOSense 已经雇用于编译和工程师集中的小组超过 30 位物理学家紧凑,耐用的原子光学仪器。 “我们可以执行系统设计; 我们可以执行激光。 我们是航天器人。 什么我们不应该执行重创原子物理。 那是我们的合作伙伴的长处”。

来源: http://www.nasa.gov/

Last Update: 19. October 2012 06:36

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