Atominterrowayemeter -Wikipedia

a Atomaterferferomator 原子の波特性を使用する干渉計です。重力定数などの基本定数は、原子内メーターで高精度で決定できますが、重力波などの現象によっても調べることができます。 ^[初め]

干渉法は波の特性に基づいています。彼の論文でルイ・デ・ブログリーによって仮定されたように、波（いわゆる波粒子の二元論）などの原子を含む粒子 – これは量子力学の中心原理です。実験で非常に高い精度が必要な場合、原子は非常に小さな幅のない波長を持っているため、原子干渉計がますます使用されています。現在、一部の実験では、分子を使用してさらに小さな波長に達し、量子力学の妥当性の限界を探すことさえあります。 ^[2] 原子に関する多くの実験では、物質と光の役割はレーザーベースの干渉計と比較して交換されます。光の代わりに、問題は干渉します。干渉する原子の量子状態は、レーザー放射を介してチェックされます。これらのレーザー光線の効果はzに対応します。 B.光学干渉計を備えたミラーとジェット除体。

原子を使用すると、光よりも高い周波数（したがって精度）を使用すると同時に、原子も重力にさらされます。一部のデバイスでは、原子が上向きに排出され、原子が飛行中または自由落下中に干渉法が起こります。他の実験では、重力を補うために追加の力が適用されます。原則として、これらのガイド付きシステムは無制限の長い測定時間を可能にしますが、それらの一貫性はまだ議論されています。最近の理論的研究は、ガイドシステムの一貫性が保存されていることを示唆していますが、これはまだ実験的に確認されています。

最初の核干渉計では、スロットまたはワイヤを光線仕切りとミラーとして使用しました。後のシステム、特に、材料の分布と反射に使用されるガイド付きの光力。 ^[3]

噴水干渉計は、基本的にマッハツェンダー干渉計に基づいています。核雲は2つの衝動状態の重ね合わせにもたらされ、それが異なる方法で加速されます。彼らは地球の重い畑にいるので、2つの波のパッケージは異なる高放物線の線を通り抜けます。頂点では、2つの衝動が交換され、光線が同時に射撃の高さに当たり、そこに干渉します。観察可能な干渉画像は、異なる重力、地球の回転、時空の湾曲などの効果による位相シフトに関する情報を提供します。

構造全体の高さは最大10メートルですが、通常、ひずみは数ミリメートルしか離れていません。

使用される原子は、通常はアルカリメタールで、絶対ゼロポイントのすぐ上に冷却されます。現在、ボーズエインシュタイン凝縮液が通常使用されています。

重ね合わせの作成 [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

干渉を観察できるようにするには、原子を2つのパルス状態（放射師団）の重ね合わせに持ち込む必要があります。このため、波動ベクトルを持つ2つの変位平行レーザーパルスを持つ原子は

${displaystyle k}$

と衝動

${displaystyle hbar k}$

原子からの提案エネルギーがある分裂。原子が光子を吸収する場合、それは刺激されるだけでなく、衝動を引き継ぐことです

${displaystyle hbar k}$

したがって、光子のうち、対応するレーザーの方向に移動します。活気のある原子が別の光子と一緒にカップルする場合、刺激された放射があり、衝動のある別の光子があります

${displaystyle hbar k}$

提出。その後、原子には衝動があります

${displaystyle 0}$

また

${displaystyle 2hbar k}$

。

ただし、励起状態への移行には回転印象も必要です。レーザー光の右または左の偏光によって、レーザーを使用して、排出を刺激するためにレーザーを刺激して使用できます。その結果、原子は一方向でのみ加速されます。

ドップラーシフトのため、動く原子は、励起周波数に正確に対応しなくなるわずかにシフトしたレーザー周波数を「見る」。これを修正するために、2番目のレーザーの周波数はわずかに低くなります。

自然発光は、刺激された放射よりもかなり大きな時間尺度で起こるため、ここではほとんど無視できます。ドップラーシフトが2回目の提案に対してレーザー周波数が高すぎるため、原子の複数の提案も強く抑制されます。

レーザーパルスの持続時間と強度を調整することにより、原子の正確な半分が衝動に陥ることがあります

${displaystyle 2hbar k}$

残りの半分が平和にとどまる一方で加速します。このレーザーパルスは、Bloch Ballでの回転が対応することによるものです。

${displaystylepi /2}$

-Pulseが参照し、レイの仕切りとして機能します。

インパルスマニピュレーション [ 編集 | ソーステキストを編集します ]

ドップラーシフトのため、2つの衝動状態を個別に加速することが可能になりました。これはいくつかのレーザーパルスを通して発生しますが、これは現在非常に強いため、ほとんどすべての原子が加速されます（

${displaystylepi}$

-puls）。これにより、軌道が望ましい軌道を実現できます。

2つのウェーブパッケージが撮影ポイントでフェーズに戻るように、軌跡の頂点に「ミラー」があります。繰り返しますが、ドップラーシフトを使用します

${displaystylepi}$

– 高い波パッケージの衝動のパルスは減少し、それが低いものを増加させます。

重ね合わせの生産と同様に、パラボーラの終わりに再びビーム仕切りがあり、その背後には2つの光線が干渉します。 ^{[4] [5]}

例

グループ	年	原子種	方法	測定効果（E）
プリチャード [6]	1991年	Na、Na 2	ナノ構造化されたお世辞グリル	偏光、屈折指数
句 [7]	1994年	k	Talbot-Lau干渉計（バレーボット効果を使用）
ゼイラー [8]	1995年	と	立っている光波からグリルを評価します
sterr（ptb）			ラムジー・ボルデ	偏光、 Aharonov-hug-effect：exp / theo ${displaystyle 0 {、} 99pm 0 {、} 022}$ 、 サグナック ${displaystyle 0 {、} 3 mathrm {rad/s {sqrt {hz}}}}}}$
Kasevich、Chu			落下原子の場合のドップラー効果	重力計： ${displaystyle 3cdot 10^{-10}}$ 回転： ${displaystyle 2cdot 10^{-8} mathrm {/s/{sqrt {hz}}}}}$ 、 微細な構造定数： ${displaystyle alpha pm 1 {、} 5cdot 10^{-9}}$

物質関連の原子の分離は、1929年にエステルマンと船尾によって初めて水素分子とヘリウム光線がフッ化リチウムの表面に曲がったときに観察されました。 ^[9] 最初に報告された最新の核干渉計は、1991年のカルナールとムリネクによる、メタスト可能なヘリウム原子を伴うヤングの後の二重柱実験でした。 ^[十] MITのPritchhard周辺のグループ内の3つの微細構造化弓グリッドとナトリウム原子を備えた干渉計。 ^[11] その後まもなく、Physikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB）は、通常、原子時計で使用される光学的ラムジー分光計も原子干渉計として使用できることを発見しました。 ^[12番目] 54 cmの部分波のパケット間の最大の空間分離は、レーザー冷却とスタンフォードの従業員によるラマン交差を刺激することによって達成されました。 ^[13]

原子インターメトリーは、比較的新しく発展している領域です。重力定数や微細な構造などの多数の天然定数を、従来の方法で実現できるよりも正確に定数を決定できることを望んでいます。 ^[14]

すでに小さな加速の違いに対する反応は、コリオリ力や重力などの回転を測定することもできます。

さらに、相対性の一般的な理論など、現代物理学の基本理論をチェックできます。これは、たとえば、地球の重力ポテンシャルの波パッケージの異なる車線のために重力赤方偏移を測定することによって行われます。 ^[15] 多くの非確立された理論は、暗黒物質や量子重力の理論など、原子干渉法によってもチェックすることができます。 ^{[16] [17]}

• アレクサンダー・D・クローニン、ヨルグ・シュミエドマイヤー、デビッド・E・プリチャード： 原子と分子による光学と干渉法 。の： 現代の物理学のレビュー 。 バンド 81 、 いいえ。 3 、2009年7月28日、 S. 1051–1129 、doi： 10.1103/revmodphys.81.1051 。
• C. S.アダムス： 原子光学 。の： 現代物理学 。 バンド 35 、 いいえ。 初め 、1994年、 S. 1–19 、doi： 10.1080/0000107519408217492 （核光相互作用の概要）。
• ポール・R・バーマン（hrsg。）： 原子干渉法 。 Academic Press、1997、ISBN 0-08-052768-X（現時点での原子干渉計の詳細な概要;良い紹介と理論）。
• uwe sterr、fritz riehle： アトミネロフェロメトリー 。の： PTBメッセージ 。 バンド 119 、 いいえ。 2 、2009年、 S. 159–166 （ アトミネロフェロメトリー （ 記念 2013年12月29日から インターネットアーカイブ ）[PDF; 5.6 MB ; 2016年6月17日にアクセス]）。

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2. ↑ Klaus Hornberger、Stefan Gerlich、Philipp Haslinger、Stefan Deimmrichter、Markus Arndt： コロキウム：クラスターと分子の量子干渉 。の： 現代の物理学のレビュー 。 バンド 84 、 いいえ。 初め 、2012年2月8日、 S. 157–173 、doi： 10.1103/revmodphys.84.157 。
3. ↑ エルンスト・M・ラーゼル、マルクス・K・オバーサラー、ハーマン・カレラーン、ヨルグ・シュミエドマイヤー、アントン・ゼオラー： 光の回折格子を伴う原子波干渉法 。の： 物理的なレビューレター 。 バンド 75 、 いいえ。 14 、2。1995年10月、 S. 2633–2637 、doi： 10.1103/physrevlett.75.2633 。
4. ↑ ティム・ビレス、ソーシャルオマスパー。私は飲み込む： 量子原子光学 。 2020、 S. 106–113 。
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6. ↑ デビッド・W・キース、クリストファー・R・エクストロム、クエンティン・A・ターチェット、デビッド・E・プリチャード： 原子の干渉計 。の： 物理的なレビューレター 。 バンド 66 、 いいえ。 21 、27。1991年5月、 S. 2693–2696 、doi： 10.1103/physrevlett.66.2693 （ aps.org [2023年1月13日にアクセス]）。
7. ↑ ジョン・F・クラウザー、シファン・リー： 低速カリウムを伴うタルボット – ボンラウ原子干渉法 。の： 物理的なレビューa 。 バンド 49 、 いいえ。 4 、1。1994年4月、ISSN 1050-2947 、 S. R2213 -R2216 、doi： 10.1103/PhysReva.49.R2213 （ aps.org [2023年1月13日にアクセス]）。
8. ↑ エルンスト・M・ラーゼル、マルクス・K・オバーサラー、ハーマン・カレラーン、ヨルグ・シュミエドマイヤー、アントン・ゼオラー： 光の回折格子を伴う原子波干渉法 。の： 物理的なレビューレター 。 バンド 75 、 いいえ。 14 、2。1995年10月、 S. 2633–2637 、doi： 10.1103/physrevlett.75.2633 （ aps.org [2023年1月13日にアクセス]）。
9. ↑ I.エステルマン、O。スターン： 分子光線のバグ 。の： 物理学のための雑誌 。 バンド 六十一 、 いいえ。 1-2 、1930年1月1日、 S. 95–125 、doi： 10.1007/BF01340293 。
10. ↑ O.カルナル、J。Mlynek： ヤングの原子のダブルスリットの実験：単純な原子干渉計 。の： 物理的なレビューレター 。 バンド 66 、 いいえ。 21 、27。1991年5月、 S. 2689–2692 、doi： 10.1103/PhysRevlett.66.2689 。
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12. ↑ F. Riehle、Th。Kisters、A。Witte、J。Helmcke、Ch。J。 回転フレームの光学ラムジー分光法：物質波干渉計のサグナック効果 。の： 物理的なレビューレター 。 バンド 六十七 、 いいえ。 2 、1991年7月8日、 S. 177–180 、doi： 10.1103/PhysRevlett.67.177 。
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14. ↑ レオ・ボル、Zsibrin Yaoo Cazo、PierreClassé、Sameda Gallera Gifirdi： 1兆個の81パーツの精度で微細構造定数の決定 。の： 自然 。 バンド 588 、2020、 S. 61–65 、doi： 10.1038/s41586-020-2964-7 。
15. ↑ Fabio di Pumppo et al。 ： 原子時計と原子干渉計を使用した重力赤方偏移テスト 。の： PRX 。 バンド 2 、2021、 S. 040333 、doi： 10.1103 / prxquantum.2.040333 、arxiv： 2104.14391 。
16. ↑ HolgerMülleretal。： ダークエネルギーに対する原子インターフェロー測定の制約 。の： 化学 。 バンド 349 、2015、 S. 849 、doi： 10.1126/science.aaa8883 、arxiv： 1502.03888 。
17. ↑ HolgerMülleretal。： スノーマス2021ホワイトペーパー：赤外線量子重力のための卓上実験 。 2022、arxiv： 2203.11846 。