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超冷原子傳感技術(shù)首次成功檢測太空環(huán)境變化！
2024年08月15日 14:21:04
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：9214
近日，研究團隊首次使用搭載于國際空間站上的超冷原子來探測太空中周圍環(huán)境的變化。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】原子干涉儀是一臺慣性質(zhì)量敏感器，它可用于油井定位、空間導(dǎo)航、引力場和加速度的精密測量等方面，因此原子干涉儀有著廣闊的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家一直在地球上利用該傳感器研究重力的基本性質(zhì)，促進了飛機和船舶導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。
科學(xué)家希望在太空中也能延伸應(yīng)用該技術(shù)，因為太空的微重力環(huán)境可延長測量時間，并獲得更高靈敏度。但原子干涉儀此前無法單獨在太空長時間運行。
近日，加州理工學(xué)院噴氣推進實驗室、美國弗吉尼亞大學(xué)、德國航空航天中心(DLR)衛(wèi)星大地測量與慣性傳感研究所、德國烏爾姆大學(xué)、法國巴黎-薩克雷大學(xué)、德國漢諾威萊布尼茨大學(xué)、德國達姆施塔特技術(shù)大學(xué)、德國航空航天中心(DLR)量子技術(shù)研究所、美國加州大學(xué)伯克利分校、德克薩斯農(nóng)工大學(xué)、羅切斯特大學(xué)組成的研究團隊首次使用搭載于國際空間站上的超冷原子來探測太空中周圍環(huán)境的變化。
探路者實驗是指在一個新的研究領(lǐng)域或?qū)嶒灜h(huán)境中，為了驗證技術(shù)可行性、理解實驗系統(tǒng)的特性、確定最佳操作參數(shù)、評估潛在的挑戰(zhàn)和風(fēng)險，而進行的一系列初步實驗。這些實驗的目的是為后續(xù)更深入、更系統(tǒng)的科學(xué)研究打下基礎(chǔ)，探索和開辟新的研究方向。
美國宇航局(NASA)的冷原子實驗室(Cold Atom Lab，CAL)于2018年發(fā)射，是國際空間站(ISS)上的首個此類設(shè)施，其目標是通過在低地球軌道的微重力環(huán)境下對超冷原子進行基礎(chǔ)物理研究。該實驗室能將原子冷卻到幾乎絕對零度。在此溫度下，一些原子會形成玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)(BEC)。在BEC下的原子處于相同量子態(tài)，其微觀量子特性會變得宏觀，更便于科學(xué)家開展相關(guān)研究。在微重力環(huán)境下，BEC可以達到更低溫度并存在更長時間，為科學(xué)家提供了更多研究機會。其中的原子干涉儀是利用原子的量子特性進行精確測量的傳感器之一。
為了獲悉國際空間站振動的影響，研究團隊利用冷原子實驗室原子干涉儀中超冷Rb-87原子進行的探路實驗，研究了三脈沖馬赫-曾德爾干涉儀。此外，研究團隊利用拉姆齊剪切波干涉法，在單次運行中顯示干涉圖樣，這些干涉圖樣在超過150ms的自由膨脹時間內(nèi)可觀察到。最后，使用冷原子實驗室原子干涉儀遠程測量布拉格激光光子反沖，是首個在太空中使用物質(zhì)波干涉測量的量子傳感器的演示。
相關(guān)研究成果于8月13日以“Pathfinder experiments with atom interferometry in the Cold Atom Lab onboard the International Space Station”(在國際空間站冷原子實驗室中開展關(guān)于原子干涉測量的探路者實驗)為題發(fā)表在《Nature Communications》期刊上，Jason R. Williams(第一作者)、Charles A. Sackett、Nicholas P. Bigelow為論文共同通訊作者。
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