Κβαντικός μετρητής κλίσης με συμβολομετρία ατόμου μετράει ελάχιστες αλλαγές στην επιφάνειας της Γης

Τα συμβολόμετρα ατόμου επιτρέπουν ευαίσθητες μετρήσεις που βασίζονται σε φαινόμενα συμβολής μεταξύ ατόμων τόσο ψυχρών που συμπεριφέρονται ως κύματα. Χρησιμοποιήθηκαν, για παράδειγμα, για να μετρήσουν τη λεπτή δομή σταθερών και να οικοδομήσουν αισθητήρες περιστροφής. Πειράματα, τώρα, έχουν επιδείξει ότι συμβολόμετρα ατόμου μπορούν να λειτουργήσουν ως υπερευαίσθητοι μετρητές κλίσης – συσκευές που μετρούν την κλίση μια επιφάνειας σε σχέση με την κάθετη διεύθυνση, όπως προσδιορίζεται από τη δύναμη της βαρύτητας. Το σύστημα πετυχαίνει μια ευαισθησία ικανή να παρατηρήσει της παραμορφώσεις της Γης λόγω των παλιρροιών.

Η συσκευή, που σχεδιάστηκε από τον Zhong-Kun Hu και συναδέλφους του στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong, στην Κίνα, βασίζεται σε μια αναγνωρισμένη διάταξη συμβολομετρίας-ατόμου που εφαρμόζεται, για πρώτη φορά, για τη μέτρηση κλίσης. Πρώτα, ένα νέφος ενός εκατομμυρίου υπέρψυχρων ατόμων ρουβιδίου εκτοξεύονται προς πάνω κατά μήκος μιας παραβολικής τροχιάς. Σύντομα μετά την εκτόξευση, παλμοί από δυο αντίθετα διαδιδόμενα λέιζερ χωρίζουν το νέφος σε δυο ατομικά κυματοπακέτα – ένα που διαμορφώνεται από άτομα στην θεμελιώδη τους κατάσταση και το άλλο από άτομα που διεγείρονται από τα λέιζερ. Μετά, κοντά στο τέλος του ταξιδιού των ατόμων, περισσότεροι παλμοί από τις ίδιες δέσμες ανασυνδυάζουν τις δυο ομάδες των ατόμων. Από τους κροσσούς από την κβαντική συμβολή μεταξύ των δυο κυματοπακέτων, οι ερευνητές παράγουν τη γωνία μεταξύ των δεσμών λέιζερ και της δύναμης της βαρύτητας, που είναι η κλίση.

Η ομάδα έδειξε ότι η ευαισθησία της συσκευής ήταν περίπου 1000 φορές καλύτερη από αυτή που αναφέρεται ως καλύτερη σε προηγούμενη συσκευή μέτρησης κλίσης στην συμβολομετρία ατόμου. Σε πειράματα που διεξήχθησαν συνεχώς για 1,5 μέρες σε ένα υπόγειο εργαστήριο, οι ερευνητές έδειξαν την δυνατότητα για γεωλογικές χρήσεις με την παρατήρηση της καθημερινής κλίσης στην επιφάνεια της Γης που επάγονταν από την παλίρροια.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Quantum tiltmeter with atom interferometry. Physical Review A.