Лазерный мир

Наблюдая за тем, как атомы ведут себя в воздухе, команда исследователей придумала новый способ измерения силы тяжести.

Традиционно влияние гравитации на атомы измеряется путём отслеживания того, как быстро атомы падают вниз по специальным трубкам. Такие эксперименты помогают проверить теорию гравитации Эйнштейна и точно измерить фундаментальные константы физики. Но трубки, используемые в экспериментах со свободным падением, могут быть слишком громоздкими, что сказывается на точности эксперимента. С помощью новой настольной установки физики Калифорнийского университета могут измерить силу гравитации Земли, наблюдая за атомами, подвешенными в воздухе с помощью лазерного излучения. Обновлённый эксперимент поможет лучше исследовать гравитационные силы, создаваемые маленькими объектами. Этот метод также может быть использован для измерения разницы гравитационных сил в разных точках мира, что может помочь при картировании морского дна или поисках полезных ископаемых под землёй. Физики начали с запуска облака атомов цезия в воздух и использования вспышек света для разделения каждого атома в состояние суперпозиции. В квантовом подвешенном состоянии каждый атом существует в двух местах одновременно: одна версия атома колеблется на несколько микрометров выше другой. Затем исследователи захватили эти расщеплённые атомы цезия в воздухе с помощью лазера.

Измерение силы тяжести с атомами, которые остаются на месте, а не притягиваются вниз гравитационным полем, требует использования дуальности атомов и волн. Этот квантовый эффект означает, что подобно тому, как световые волны могут действовать как частицы (фотоны), атомы могут действовать как волны. Верхняя копия атома цезия, попавшего в суперпозицию, движется немного быстрее, чем нижняя, поскольку их позиции в гравитационном поле Земли немного отличаются. Отслеживая, как быстро две версии атома выходят из синхронизации, физики могут вычислить силу гравитации Земли в конкретном месте.

Источник: https://naukatv.ru/news/26174