麻省理工研究員助力原子干涉儀精度再創(chuàng)新高

  在測(cè)量加速度和自轉(zhuǎn)速度等重力和慣性力的所有技術(shù)中，玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)(BECs)原子干涉儀精度保持著最高紀(jì)錄。
  據(jù)麻省理工大學(xué)日前報(bào)道，該校研究人員在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表論文稱，他們通過消除最初設(shè)計(jì)造成的一種誤差來源，讓原子干涉儀精度再創(chuàng)新高。新研究有助于解決量子力學(xué)與牛頓力學(xué)之間中間態(tài)物質(zhì)的屬性等基本物理問題。
 麻省理工研究員助力原子干涉儀精度再創(chuàng)新高

 BECs由冷卻到絕對(duì)零度后量子態(tài)完全相同的原子凝聚而成，具有對(duì)外力干擾和電場(chǎng)極度敏感等非凡特性。而創(chuàng)建BECs干涉儀的通用方法是，將原子簇懸置到空腔，再向空腔內(nèi)發(fā)射激光束形成“駐波”(即波與反射波頻率相同)，將凝聚態(tài)原子等分成不同原子組，每組分別被激光“囚禁”在駐波的波峰和波谷之間。激光穿過原子簇會(huì)形成干涉波，通過分析波形即可測(cè)量出原子所受外力。但現(xiàn)有設(shè)計(jì)存在一大問題，凝聚態(tài)原子不能完全等分，即10組中有些含1950個(gè)原子，有的含2050個(gè)原子，這種不平衡分配會(huì)對(duì)最終結(jié)果帶來誤差，從而影響精確度。
  為解決這個(gè)問題，2001年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者沃夫?qū)?middot;凱特利帶領(lǐng)其麻省—哈佛超冷原子中心的5位研究生改變了設(shè)計(jì)思路，與之前干涉儀中只有一個(gè)銣原子凝聚態(tài)不同，他們這次設(shè)計(jì)了兩個(gè)凝聚態(tài)，分別用激光和磁場(chǎng)“囚禁”。兩個(gè)凝聚態(tài)雖然都由銣原子組成，但自旋方向不同，一個(gè)向上一個(gè)向下，向上自旋的凝聚態(tài)能糾正向下自旋凝聚態(tài)的等分不平衡問題，從而使每組原子數(shù)完全相同，提高了測(cè)量的精確度。
 紐約州立大學(xué)石溪分校物理學(xué)教授多米尼克·施內(nèi)布勒對(duì)最新研究給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為新思路沖破了“兩種BECs之間會(huì)相互作用而難以控制”的傳統(tǒng)桎梏，必將促進(jìn)原子干涉儀的商業(yè)化開發(fā)，以對(duì)全球定位系統(tǒng)(GPS)不能到達(dá)的地方進(jìn)行定位。