Em um novo estudo, os físicos da Universidade do Colorado Boulder usaram átomos para medir os átomos para medir três níveis a uma temperatura fria simultânea – uma reputação que muitos cientistas não pensam.
O dispositivo, um novo tipo de “interferômetro” atômico, pode um dia ajudar as pessoas mais específicas para submarinos, naves espaciais, carros e outros veículos.
“Os interferômetros de átomos amarrados tradicionais podem medir apenas um único nível de aceleração, mas vivemos no mundo tridimensional”, diz Kandal Mehling, estudante de novas pesquisas e estudante de pós-graduação do Departamento de Física de Qi Bolder. “Preciso rastrear minha aceleração em três dimensões para descobrir para onde estou indo e para onde estava”.
Os pesquisadores publicaram seu artigo na revista este mês, intitulado “Vector Atom Acilometria em uma malha óptica” O progresso da ciênciaO mehling foi incluído na equipe; Catie Ledesma, pesquisador pós -mortorais da física; E um instituto de pesquisa conjunta entre professor de física e bolsista da Gillar, Mor Holland, Q Boulder e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).
Em 2023, os pesquisadores da CU Boulder concedem uma doação de 5,5 milhões por meio do Instituto Quantum Pathways da agência para continuar o desenvolvimento da tecnologia do sensor da NASA.
O novo dispositivo é uma engenharia maravilhosa: a Holanda e seus colegas contratando um laser fino como cabelos humanos para prender as nuvens de milhares de átomos de rubídio. Então, com a ajuda da inteligência artificial, eles manipulam esses lasers em sinais complexos – a equipe responde a pequenas acelerações, como pressionar as pás em seu carro para medir o comportamento do átomo.
Hoje, a maioria dos veículos rastreia a aceleração usando o GPS e o tradicional Dispositivos eletrônicos delicados ou “clássicos” conhecidos como Acceleômetros. O dispositivo quântico da equipe precisa passar muito tempo antes de competir com essas ferramentas. No entanto, os pesquisadores veem muitas promessas para a tecnologia de navegação com base em átomos.
“Se você deixar um sensor clássico em diferentes ambientes por anos, será idade e deterioração”, disse Mehling. “Suas fontes do relógio mudarão e a urdidura posa o átomo não é idade” “
Impressão digital
Os interferômetros, de qualquer forma ou de qualquer outra forma, têm sido sobre séculos – e são usados nas fibras ópticas para transportar dados para ondas gravitacionais ou fazer tudo até que o tecido do universo se espalhe.
Separando as coisas no conceito geral e recuperando -as de volta, não contra descompactar, depois backup de uma jaqueta.
Por exemplo, na interferometria a laser, os cientistas primeiro acenderam uma luz a laser e depois dividiram -a em dois, nas mesmas vigas que viajam em dois caminhos separados. Finalmente, eles juntam o cordão novamente. Se os lasers experimentam efeitos diversos com suas viagens, pois a gravidade está agindo de maneiras diferentes, eles não podem fingir completamente quando se reconectam. Em outras palavras, o zíper pode ficar preso. Os pesquisadores podem medir com base em como os dois feixes agora interferem entre si de uma só vez – então o nome é o nome.
Na pesquisa atual, a equipe alcançou o mesmo status, mas com nuclear em vez de luz.
Veja como funciona: o dispositivo atualmente se encaixa em um banco do tamanho de uma mesa de hóquei aérea. Primeiro, os pesquisadores reduziram uma coleção de átomos de rubidium a uma temperatura, que fica a apenas alguns bilionésimos acima de zero absoluto.
Nesse estado gelado, os átomos formaram um misterioso estado quântico de substâncias conhecidas como condensado de Bose-Einstein (BEC). Carl Woman, físico e coronel Zillar Eric do então Qi Bolder, ganhou o Prêmio Nobel pelo primeiro BEC em 2001.
Em seguida, a equipe usa luzes a laser para dividir os átomos, separou -os. Nesse caso, isso não significa que os grupos de átomos sejam separados. Em vez disso, cada átomo individual existe em um estado quântico fantasma chamado superposição, para que possa ser ao mesmo tempo ao mesmo tempo.
Quando os átomos são divididos e separados, esses fantasmas seguem dois caminhos diferentes e se afastam um do outro. (No teste atual, os pesquisadores não removeram o dispositivo, mas usaram lasers para pressionar o átomo, causando aceleração ao átomo).
“Nosso condensado de Bose-Einstein é o lago de onda de matéria feito com átomos, e jogamos pedras feitas de luz na lagoa, à esquerda e à direita, enviando a onda de PP”, disse Holland. “Depois que os barbatórios são espalhados, refletimos e os trazemos de volta para onde eles interferem” “
Quando os átomos retornam juntos, eles criam um padrão único, como organizar dois feixes de luzes de laser, mas são ainda mais complicados. O resultado é semelhante a uma estampa de polegar em um copo.
A Holland disse: “Podemos decodificar a impressão digital e descobrir a aceleração que os átomos sentiram”.
Computador
O grupo passou cerca de três anos para criar o dispositivo para alcançar esse registro.
“O que é, o dispositivo experimental atual é incrivelmente compacto. Embora tenhamos 18 vigas a laser que passam pelo sistema de vácuo com nossas nuvens atômicas, todo o teste é muito pequeno que um dia podemos colocar no campo”, disse Ledesma.
Uma das mais privacidade desse sucesso se resume a uma inteligência artificial chamada Machine Learning. A Holland explicou que os lasers precisam ser ajustados através de um processo complexo e de várias etapas para dividir e reaparecer os átomos de rubidium. Para fluir o processo, o grupo fornece um treinamento de programa de computador que essas etapas podem ser planejadas com antecedência.
Até agora, o dispositivo pode medir apenas a aceleração de alguns milhares de vezes menor que a força gravitacional da Terra. As tecnologias atualmente disponíveis podem fazer muito melhor.
No entanto, o grupo está prestes a melhorar sua engenharia e espera -se melhorar a eficácia de seu dispositivo quântico muitas vezes nos anos. No entanto, a tecnologia é uma prova de quão eficaz os átomos podem ser.
A Holland disse: “Não temos certeza de todas as etapas possíveis deste estudo porque ele abre uma porta”.
