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理論上預測的引力波的檢測的先進的原子光學

Published on October 19, 2012 at 6:11 AM

作早期工作在的技術有能力在基本級的精確度上現在被開發檢測到目前為止什麼保持細微: 引力波或波紋在巨變活動造成的時空包括甚而大爆炸理論。

愛因斯坦在他的廣義相對論上預測引力波,但是在時空織品的這些波紋從未迄今被觀察。 現在稱 Atomic 的一個科學研究技術 Interferometry 設法重寫這個教規。 與斯坦福大學的研究員一道,美國航空航天局的 Goddard 科學家開發一個系統評定大量對象的移動生成的微弱的重心振動在宇宙的。 科學結局能是重要的,幫助更好澄清在對宇宙論的我們的瞭解的重要問題。 但是應用結局能是大量的,同樣,以潛在開發在域的深刻預付款像 geolocation 和計時。 在此錄影我們檢查這個系統如何將運作和研究工作的科學支柱。 赊帳: NASA/Goddard 空間飛行中心

研究員小組在美國航空航天局的 Goddard 在綠色地帶、 Md。,斯坦福大學在加利福尼亞和 AOSense, Inc. 的空間飛行中心,在森尼韋爾,加利福尼亞,最近贏取資助根據美國航空航天局創新先進的概念 (NIAC)程序提前原子光學技術。 一些相信此湧現,高度準確的評定技術是一切的技術萬能藥從評定引力波到操縱的潛水艇和飛機。

「我按照此技術十年」的 Goddard 執行委員說伯尼 Seery,是有助的在設立與斯坦福大學和 AOSense 的 Goddard 的有戰略意義的合夥企業二年前。 「技術有成人,并且我是高興美國航空航天局選擇了 NIAC 證書的此工作成績」,他說。

NIAC 程序支持可能地可能提前美國航空航天局的目的革命,高危險的技術和任務概念。 「與此資助和其他技術支持,我們可以移動, Seery 說,現在迅速向前補充說,美國軍人在技術大量地投資巨大改進定位。 「它打開許多可能性」。

雖然研究員相信技術在近地球小行星附近提供各種各樣的空間應用的巨大承諾,包括駕駛評定其引力場和推導其構成的,到目前為止他們集中他們的工作成績於使用 Goddard 和美國航空航天局研究與開發催化基金提前可能檢測理論上預測的引力波的傳感器。

預測由阿爾伯特・愛因斯坦的廣義相對論,引力波發生,當大量神聖對象移動并且在他們附近打亂時空織品。 當這些通知到達地球的時候,他們是很弱的這個行星比在回應的一個原子擴展并且收縮較少。 因為環境噪聲,像海洋浪潮和地震,可能容易地使他們微弱的抱怨陷入沼澤,這使他們的檢測用地基設備更加富挑戰性。

雖然天體物理學的觀察暗示他們的存在,沒有儀器或觀測所,包括地基激光干涉儀重心通知觀測所,直接地檢測了他們。

如果科學家確認他們的存在,他們說這個發現將改革天體物理學,產生他們為學習一切的一套新工具從 inspiralling 黑洞早期的宇宙在冷卻的氫等離子前霧給原子的形成讓路。

這個小組相信原子光學或原子干涉測量法把握這個關鍵對直接檢測他們。

原子干涉測量法運作很像光學干涉測量法、一個 200 年技術用途廣泛在科學和行業得到極為準確的評定。 它通過比較被分裂了成與稱 beamsplitter 的設備的二個等於一半的光得到這些評定。 一條射線反射到位被修理的鏡子; 從那裡,它到照相機或探測器移動。 其他通過某事發光科學家要評定。 它然後反射第二個鏡子,回到通過 beamsplitter,然後在照相機或探測器上。

由於路徑一條射線旅行長度被修理,并且其他移動一個額外的距離或在某個其他有些不同的方式,二個光束重疊并且干涉,當他們見面,創建科學家檢查得到高度準確的評定的干擾圖。

原子干涉測量法,然而,取決於量子力學,描述的原理問題如何正常運行在亞微觀縮放比例。 正光通知可能操作像稱光子的微粒,原子可以被誘騙到操作像通知,如果冷卻到最近绝對零度。 在那些寒冷溫度,科學家通過射擊激光達到在這個原子,其速度減慢對接近零。 通過射擊激光脈衝另一系列在激光冷卻的原子,科學家放他們到什麼他們稱狀態的 「疊置」。

換句話說,原子有不同的動力允許他們分隔空間和被操作沿不同的彈道飛行。 最終,他們克服路徑并且再結合在探測器 - 正在一臺常規干涉儀。 「原子立即有方式是在二個安排,使它類似於點燃干涉測量法」,小組成員說標記 Kasevich、斯坦福大學教授和相信推進原子光學邊境。

原子干涉測量法的功率是其精確度。 如果原子採取的路徑由甚而微微米變化,原子干涉儀能檢測這個區別。 給出其基本級的精確度, 「重心通知檢測可論證地是對此技術的最強制的科學申請在空間」,物理學家 Babak Saif 說,在 Goddard 導致這個工作成績。

從協力,小組設計了它計劃測試一致世界的最大的原子干涉儀 - 在斯坦福大學物理實驗室的地下室的 33 英尺下落塔的一個強大,窄頻帶光導纖維的激光系統。 科學地關閉對什麼這個小組會需要檢測理論上的引力波,技術在空間將使用作為這個基礎為被創建的所有基於原子的儀器飛行, Saif 說。

在這個測試期間,這個小組將插入中立銣原子雲彩在 33 英尺塔裡面的。 當重力主張在這朵雲彩的下拉式和原子開始下跌,這個小組將使用其新的激光系統射擊光脈衝冷卻他們。 一次在這個波形的狀態,原子將遇到的激光脈衝另一舍入給他們分隔空間。 他們的彈道可以然後被操作,以便他們的路徑克服在這臺探測器,創建干擾圖。

它公式化了的這個小組也優化重心通知任務概念。 類似於激光干涉儀空間天線 (LISA),這個概念要求三在一種三角型配置安置的相等地被裝備的航天器。 不同於莉薩,然而,航天器將來裝備原子干涉儀,并且他們將循軌道運行離互相較近 - 在分開 500 和 5,000 公里之間,比較莉薩的五百萬公里分隔。 如果引力波滾過去,干涉儀能感覺這個小字母的移動。

「我相信此技術在空間最終將運作」, Kasevich 說。 「但是它存在超出我們的專門技術範圍的一個確實複雜系統挑戰。 我們如何真要飛行在空間,但是您是否適合在衛星上的此技術? 安排某事運作在空間跟我們在地球上採取的評定不同」。

那是 Goddard 進來的地方, Saif 說。 「我們有與一切的經驗除了原子零件」,他說,補充說, AOSense 已經雇用於編譯和工程師集中的小組超過 30 位物理學家緊湊,耐用的原子光學儀器。 「我們可以執行系統設計; 我們可以執行激光。 我們是航天器人。 什麼我們不應該執行重創原子物理。 那是我們的合作夥伴的長處」。

來源: http://www.nasa.gov/

Last Update: 19. October 2012 06:36

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