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国际团队研制出首个引力波与暗物质量子探测器 基于差分原子干涉原理

6月17日,伦敦帝国理工学院(ICL)新闻处宣布,一个国际物理学家团队基于差分原子干涉原理,研制出首个功能齐全的引力波和暗物质量子探测器,该原理能够显著降低测量噪声。

ICL教授布赫米勒表示,这是在创建用于解决基础物理问题的大规模量子传感器方面迈出的重要一步,已证明原子干涉测量在高度真实的测量条件下的可行性,为费米实验室的MAGIS探测器和欧洲核子研究中心的AICE设施等项目铺平了道路。

原子干涉仪利用原子量子特性精确测量粒子在引力等力作用下的空间位置变化,采用特殊光学陷阱将单个铯、钠或锶原子云与周围环境隔离。测量过程中,科学家操控原子云的量子特性使其表现为波,通过追踪波与激光束的相互作用精确测量引力。

过去,激光束与原子云之间的相互作用会产生干涉,阻碍暗物质粒子或引力波痕迹的探测。该团队提出同时观测两个原子云并计算两次测量结果之间的差异,可完全抑制这种干涉。据此,物理学家制造了基于两团冷却至两微开尔文(约零下273.1摄氏度)的锶-87原子的差分原子干涉仪原型。实验表明,即使在激光束中加入人工干涉,该装置也能以量子力学允许的最高精度测量原子团位置。

研究人员还利用该仪器探测到了人为产生的振荡,其强度和结构与引力波或暗物质团簇穿过地球时产生的信号相似,首次证实了正在建设中的美国MAGIS探测器及计划中的欧洲AICE探测器将能够探测到天体物理源产生的类似振荡。


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