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超冷原子干涉实验首次在太空实现

发布日期:2021-04-20  09:31:17 来源:科技要闻 浏览次数: 字体:[ ]

最新一期《自然·通讯》杂志报道,德国科学家近日在一枚探测火箭上首次成功实现了太空原子干涉测量。鉴于原子干涉仪可以利用原子的波动特性开展极精确测量,如测量地球的引力场或探测引力波等,新研究有望更精确探测引力波。

该研究由德国莱布尼茨大学领导,参与者包括多美因茨大学等多所德国大学以及德国航空航天中心的科学家。他们于2017年1月启动了MAIUS-1任务——这是首个在太空中生成玻色—爱因斯坦凝聚态的火箭任务。

美因茨大学物理研究所的帕特里克·温德帕斯格教授解释说,原子(铷原子)被冷却到接近绝对零度(零下273摄氏度)时,会出现玻色—爱因斯坦凝聚态,“这个超冷系统在原子干涉测量领域极具潜力,温度成为关键决定因素之一,因为在较低温度下,我们可以开展更准确、更长时间的测量”。

在最新实验中,研究人员利用激光照射铷原子气体并将其分离,然后让其发生叠加。根据从不同角度作用域原子上的力的不同,可以生成几种干涉图样,利用这些图像,他们可以测量影响超冷原子的力(如引力)等,并开展进一步的实验,以测量地球的引力场、探测引力波,以及测试爱因斯坦的等效原理等。

温德帕斯格表示:“最新研究证明,超冷原子干涉实验不仅可以在地球上进行,也可以在太空实现。”

研究团队希望,在不久的将来,进一步研究高精度原子干涉法的可行性,以测试爱因斯坦的等效原理。他们计划于2022年和2023年发射另外两枚火箭MAIUS-2号和MAIUS-3号,并使用钾原子产生干涉图案。通过比较铷原子和钾原子的自由落体加速度,他们将能以前所未有的精度检测等效原理。

研究人员称:“我们希望未来在国际空间站上开展此类实验,在处于规划阶段的玻色—爱因斯坦凝聚态和冷原子实验室内部进行,以得到更精确结果。”

总编辑圈点

这是一个在探测火箭上完成的实验。一般来说,利用原子波动特性的原子干涉仪可以进行极其精确的测量,譬如对引力波的探测。而超冷系统,则代表了原子干涉测量未来的广阔天地——温度在此成为了关键的决定因素之一,在较低的温度下,可以进行更准确、更长时间的测量,如果不久的将来能在科学家期盼的冷原子实验室内部展开测量,其精度甚至不会受到火箭上有限的自由落体时间的限制。


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