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全新理论:光纤激光器探索引力波

导读:  最近,NASA创新先进理念(NASA Innovative Advanced Concepts ,NIAC)项目拨款资助一个由NASA戈达德太空飞行中心、斯坦福大学和AOSense组成的研究小组,以促进原子光学的发展。

  最近,NASA创新先进理念(NASA Innovative Advanced Concepts ,NIAC)项目拨款资助一个由NASA戈达德太空飞行中心、斯坦福大学和AOSense组成的研究小组,以促进原子光学的发展。

  戈达德太空飞行中心主管Bernie Seery说:“过去十年,我一直关注着这一技术。我很高兴,获得NASA提供的NIAC资助。现在,有了这笔资助和美国军方的支持,我们可以加快前进的步伐。该技术的时代已经到来。”

  目前,研究人员使用这笔资金,集中开发先进传感器,这种传感器可以发现理论预言存在实际并未直接探测到的引力波,原子干涉测量法是关键所在。

  阿尔伯特•爱因斯坦的广义相对论预言,当大质量天体移动并破坏了它们周围的时空结构时,就会出现引力波。这些波到达地球时会变得非常微弱,以至于这颗行星受其影响而发生的膨胀和收缩响应还不及一个原子大小。迄今为止,没有任何仪器或者观测站直接探测到这些引力波,包括位于路易斯安那州利文斯顿的陆基激光干涉引力波天文台。

图片由NASA戈达德太空飞行中心提供

图片由NASA戈达德太空飞行中心提供

  原子干涉测量法的优势是它的精度:原子运动的路径仅仅改变了1 pm,原子干涉仪都能够探测到这一差异。所以说,原子干涉仪是引力波探测最好的应用。”

  原子干涉测量法离不开量子力学。正如光既可看作波,也可看作光子粒子,如果将原子冷却到接近绝对零度,那么它们也可以被诱导表现出波的特性。只要用激光照射原子使其速度降至接近零,那么就可以利用另外的激光照射这些被冷却的原子,使它们处于叠加态。在这种状态下,原子具有不同的动量,可以把它们分离开,并沿不同轨迹飞行,最后在探测器上相遇——就像在传统的干涉仪上。

  到目前为止,该研究小组已经设计出了一款功能强大的窄带光纤激光器系统,该系统计划在世界上最大的原子干涉仪之一上进行测试——斯坦福大学物理实验室地下室里的一座33英尺高的落塔。Saif说,研究小组需要更加科学地探测理论的引力波,因此,这一技术将被用来作为任何可在空间中飞行、基于原子的仪器的基础。

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