První použití atomového interferometru k měření zrychlení letadla

Hmota má ohromující schopnost chovat se jako vlny i částice, ale fyzikům trvalo nějaký čas, než tento efekt využili. V posledních letech však různé skupiny po celém světě zdokonalily umění vytvářet laserové paprsky atomů a umožnily jim interferovat a vytvářet interferenční obrazce.





Obrovský potenciál mají takzvané atomové interferometry. Protože vlnová délka atomů a molekul může být menší než vlnová délka světla, mohou být interferometry mnohem přesnější.

A co víc, na rozdíl od světla jsou atomy ovlivněny zemskou gravitací, což umožňuje měření této síly s nebývalou přesností. To se provádí buď ve speciálních podzemních laboratořích, kde mohou být zařízení izolována od vnějšího vlivu, nebo při experimentech s volným pádem, kde mohou zařízení zažít krátkou dobu 0 g.

Ale je tu další věc, kterou by atomové interferometry měly umět: měřit zrychlení. Teoreticky mají tato zařízení potenciál fungovat jako akcelerometry, které jsou přinejmenším stejně citlivé jako moderní inerciální navigační systémy. A také by měly být robustnější, v neposlední řadě proto, že nepracují bez (konvenčních) pohyblivých částí.



Ale je tu problém. Atomové interferometry jsou tak citlivé, že sebemenší vibrace přehluší výsledky. A to je vylučovalo jako užitečné inerciální senzory.

Do teď. Dnes Remi Geiger z Laboratoire Charles Fabry v Paříži a skupina přátel sestavili první atomový interferometr, který dokáže měřit pohyby letadla. Dokonce testovali své zařízení v Airbusu A300 a uvedli, že je schopné měřit zrychlení 300krát menší než pohyby letadla.

Trik, který tito chlapi dovedli k dokonalosti, je způsob, jak odstranit účinky velkých vibrací, které by jinak přehlušily jejich měření. Dělají to pomocí mechanických akcelerometrů připojených k jejich sadě, které zaznamenávají pohyb letadla ve velkém měřítku.



Pak jednoduše odeberou tato měření od zrychlení měřeného atomovým interferometrem. To odhaluje velmi malé odchylky naměřené atomovým interferometrem.

Náš přístroj se skládá z hybridního senzoru, který je schopen měřit velká zrychlení díky mechanickým zařízením a schopný dosáhnout vysokého rozlišení díky atomovému akcelerometru, řekněme Geiger a spol.

To by mohlo mít významný dopad na navigační systémy, protože tento druh přesnosti by mohl pomoci opravit chyby, které se vkrádají do konvenčních inerciálních navigačních systémů.



Technika by však mohla pomoci i v jiných oblastech, jako je geodézie a gravimetrie, které měří malé změny v gravitačním poli Země.

Mohlo by to také usnadnit základní fyzikální experimenty v mikrogravitaci. Jedním z důležitých experimentů je omezení principu známého jako univerzálnost volného pádu nebo princip slabé ekvivalence. To je myšlenka, že všechna tělesa padají stejnou rychlostí, bez ohledu na jejich vnitřní strukturu.

Fyzici to změřili na jednu část ku 10^13, ale některé teorie předpovídají, že přesnější měření by měla odhalit odchylku. Jinými slovy, vnitřní struktura těla by měla ovlivnit způsob, jakým padá pod gravitaci, ale jen nepatrně.



Až dosud všechny experimenty k měření tohoto v mikrogravitaci používaly k potlačení šumu dva různé atomové interferometry. Ve skutečnosti měří rozdíl ve způsobu pádu dvou různých atomů. Ale tento druh relativního měření není ideální.

Nová technika poskytne fyzikům způsob přímého měření zrychlení jednoho typu atomu, což je technika, která by mohla vést k měření jedné části ku 10^15 ve vesmírných experimentech.

A protože Evropská kosmická agentura vybrala právě takový test pro svou další generaci experimentů známých jako Cosmic Vision 2020-22, možná do té doby uvidíme na oběžné dráze jen jeho verzi.

Ref: arxiv.org/abs/1109.5905 : Detekce inerciálních efektů pomocí vzdušné interferometrie hmotných vln

skrýt