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NASA计划用原子干涉仪来探测引力波

发布时间: 2012-10-28 14:47:28   作者:本站编辑   来源: 科技日报   浏览次数:

 

  当两颗黑洞或恒星合并的时候就会对时空的结构产生扰动,产生引力波辐射。到目前为止,人类还没有直接探测到引力波的存在。NASA计划用灵敏的基于量子叠加原理的原子干涉仪对其进行探测。  

  引力波是大质量天体(恒星或黑洞)运动时激发的向外传播的时空涟漪,爱因斯坦曾预言了它的存在。通常引力波非常微弱,当它传播到地球的时候,地球仅能被拉伸和压缩一个原子的尺度。

  美国宇航局计划利用原子奇特的量子特性来探测引力波并对一种叫做原子干涉的方法进行了资金支持。科学家设想发射3颗完全一样的探测器到太空中并组成一个边长为500公里至5000公里的正三角形。当引力波扫过该区域时,由这3颗探测器组成的巨大干涉仪就能感受到微小的扰动。

  来自斯坦福大学的物理学家马克·凯瑟维奇(Mark Kasevich)说:这项新技术能使科学家探测到遥远天体系统中的黑洞或恒星合并时发出的引力波。该技术还能用来开发军用潜艇或飞行器上使用的灵敏传感器。凯瑟维奇所在的斯坦福大学的实验室一直在为美国国防部研发陀螺仪、重力计、加速度计以及重力梯度计。

  凯瑟维奇告诉每日科技新闻说:对于美国宇航局来说,引力波探测器投入使用是下一个十年的事情。太空基的引力波探测器或许还要等更久的时间。

  通常的干涉仪是一种有200多年历史的技术。科学家通过分光器把一束光线分成完全相同的两束,然后让其中的一束光线通过被测对象,最后再让两束光线发生干涉来对被测对象进行精密测量。

  这项原子干涉技术是由美国宇航局先进概念项目投资的。该项技术基于量子力学效应。量子力学是描述物质在微观尺度上行为的理论。

  科研人员首先通过使用激光冷却技术把原子冷却到接近绝对零度(零下273摄氏度),此时原子的行为更像是波而不是粒子。然后通过发射更多的激光脉冲使原子进入一种量子叠加态(能够允许原子同时存在于多重态)

  原子进入量子多重叠加态意味着,单个原子也可以劈成不同的独立存在的状态,然后就像独立的粒子一样沿着不同的路线运动,直到被探测器接收才合成一颗粒子。即使原子经过的路径被经过的引力波及其细微的改变,这种原子干涉仪也能够探测到异常。

  科研人员首先计划在斯坦福大学物理实验室,一个高33英尺(约合10)的落塔上进行原子干涉实验。他们利用激光对一团正在下落的铷原子(rubidium atoms)进行冷却并使它们进入到幽灵般的量子叠加态。实验的验证成功将会为太空版的原子干涉仪奠定基础。

  孙楷摘编自:http://www.stdaily.com/stdaily/content/2012-10/27/content_533696.htm

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