據(jù)最新一期《自然·通訊》雜志報(bào)道，德國(guó)科學(xué)家近日在一枚探測(cè)火箭上首次成功實(shí)現(xiàn)了太空原子干涉測(cè)量。鑒于原子干涉儀可以利用原子的波動(dòng)特性開展極精確測(cè)量，如測(cè)量地球的引力場(chǎng)或探測(cè)引力波等，新研究有望更精確探測(cè)引力波。
該研究由德國(guó)萊布尼茨大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)，參與者包括多美因茨大學(xué)等多所德國(guó)大學(xué)以及德國(guó)航空航天中心的科學(xué)家。他們于2017年1月啟動(dòng)了MAIUS-1任務(wù)——這是首個(gè)在太空中生成玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)的火箭任務(wù)。
美因茨大學(xué)物理研究所的帕特里克·溫德帕斯格教授解釋說(shuō)，原子(銣原子)被冷卻到接近絕對(duì)零度(零下273攝氏度)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)，“這個(gè)超冷系統(tǒng)在原子干涉測(cè)量領(lǐng)域極具潛力，溫度成為關(guān)鍵決定因素之一，因?yàn)樵谳^低溫度下，我們可以開展更準(zhǔn)確、更長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量”。
在最新實(shí)驗(yàn)中，研究人員利用激光照射銣原子氣體并將其分離，然后讓其發(fā)生疊加。根據(jù)從不同角度作用域原子上的力的不同，可以生成幾種干涉圖樣，利用這些圖像，他們可以測(cè)量影響超冷原子的力(如引力)等，并開展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，以測(cè)量地球的引力場(chǎng)、探測(cè)引力波，以及測(cè)試愛因斯坦的等效原理等。
溫德帕斯格表示：“最新研究證明，超冷原子干涉實(shí)驗(yàn)不僅可以在地球上進(jìn)行，也可以在太空實(shí)現(xiàn)。”
研究團(tuán)隊(duì)希望，在不久的將來(lái)，進(jìn)一步研究高精度原子干涉法的可行性，以測(cè)試愛因斯坦的等效原理。他們計(jì)劃于2022年和2023年發(fā)射另外兩枚火箭MAIUS-2號(hào)和MAIUS-3號(hào)，并使用鉀原子產(chǎn)生干涉圖案。通過(guò)比較銣原子和鉀原子的自由落體加速度，他們將能以前所未有的精度檢測(cè)等效原理。
研究人員稱：“我們希望未來(lái)在國(guó)際空間站上開展此類實(shí)驗(yàn)，在處于規(guī)劃階段的玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)和冷原子實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部進(jìn)行，以得到更精確結(jié)果。”
總編輯圈點(diǎn)
這是一個(gè)在探測(cè)火箭上完成的實(shí)驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，利用原子波動(dòng)特性的原子干涉儀可以進(jìn)行極其精確的測(cè)量，譬如對(duì)引力波的探測(cè)。而超冷系統(tǒng)，則代表了原子干涉測(cè)量未來(lái)的廣闊天地——溫度在此成為了關(guān)鍵的決定因素之一，在較低的溫度下，可以進(jìn)行更準(zhǔn)確、更長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，如果不久的將來(lái)能在科學(xué)家期盼的冷原子實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部展開測(cè)量，其精度甚至不會(huì)受到火箭上有限的自由落體時(shí)間的限制。
