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麻省理工研究员助力原子干涉仪精度再创新高

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麻省理工研究员助力原子干涉仪精度再创新高

时间:2016/12/29 16:30:17来源: 作者:
据麻省理工大学日前报道,该校研究人员在《物理评论快报》上发表论文称,他们通过消除最初设计造成的一种误差来源,让原子干涉仪精度再创新高。

  在测量加速度和自转速度等重力和惯性力的所有技术中,玻色—爱因斯坦凝聚态(BECs)原子干涉仪精度保持着最高纪录。

  据麻省理工大学日前报道,该校研究人员在《物理评论快报》上发表论文称,他们通过消除最初设计造成的一种误差来源,让原子干涉仪精度再创新高。新研究有助于解决量子力学与牛顿力学之间中间态物质的属性等基本物理问题。

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  BECs由冷却到绝对零度后量子态完全相同的原子凝聚而成,具有对外力干扰和电场极度敏感等非凡特性。而创建BECs干涉仪的通用方法是,将原子簇悬置到空腔,再向空腔内发射激光束形成“驻波”(即波与反射波频率相同),将凝聚态原子等分成不同原子组,每组分别被激光“囚禁”在驻波的波峰和波谷之间。激光穿过原子簇会形成干涉波,通过分析波形即可测量出原子所受外力。但现有设计存在一大问题,凝聚态原子不能完全等分,即10组中有些含1950个原子,有的含2050个原子,这种不平衡分配会对最终结果带来误差,从而影响精确度。

  为解决这个问题,2001年诺贝尔物理学奖获得者沃夫冈·凯特利带领其麻省—哈佛超冷原子中心的5位研究生改变了设计思路,与之前干涉仪中只有一个铷原子凝聚态不同,他们这次设计了两个凝聚态,分别用激光和磁场“囚禁”。两个凝聚态虽然都由铷原子组成,但自旋方向不同,一个向上一个向下,向上自旋的凝聚态能纠正向下自旋凝聚态的等分不平衡问题,从而使每组原子数完全相同,提高了测量的精确度。

  纽约州立大学石溪分校物理学教授多米尼克·施内布勒对最新研究给予高度评价,认为新思路冲破了“两种BECs之间会相互作用而难以控制”的传统桎梏,必将促进原子干涉仪的商业化开发,以对全球定位系统(GPS)不能到达的地方进行定位。

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