- 14,589
- 22
- 8 Ноя 2022
Новый инструмент в поисках неуловимой тёмной материи.
Учёные из Северо-Западного университета США разработали Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся , способный усиливать едва уловимые сигналы в 1000 раз. Новая технология превзошла существующие методы в 50 раз по точности измерений.
Прибор, названный атомным интерферометром, задействует свет для управления атомами при замере мельчайших сил. В отличие от своих предшественников, он сам устраняет погрешности, связанные с изъянами световых импульсов.
Исследователи хотят проследить, как тёмная материя взаимодействует с обычным веществом - феномен, который до сих пор не удавалось зафиксировать даже с помощью самого точного оборудования. По их словам, разработка позволит регистрировать сверхслабые силы, источником которых служат тёмная материя, тёмная энергия и гравитационные волны в частотных диапазонах, недоступных ранее.
Тёмная материя остаётся одной из главных загадок современной физики. Мы хорошо понимаем природу лишь 15% вещества во Вселенной - той части, которую мы называем обычной материей. Остальные 85% представляют собой неизвестную и неизученную субстанцию.
Первый атомный интерферометр появился в 1991 году. В его основе лежит квантовое явление суперпозиции - способность частицы пребывать сразу в нескольких состояниях. В данном случае один атом ведёт себя как волна, которая распространяется одновременно по двум направлениям.
Лазеры в интерферометре разделяют волноподобный атом на две волны, направляют их по разным траекториям, а затем сливают воедино. При слиянии волны создают особый узор, похожий на отпечаток пальца - он показывает, какие силы воздействовали на атомы в процессе.
Руководитель исследования, доцент физики и астрономии Тимоти Ковачи, объясняет, что атомные интерферометры особенно точно измеряют минимальные колебания расстояний. Раз тёмную материю до сих пор не удалось найти, её влияние должно быть крайне слабым, поэтому чувствительность у приборов - максимальная.
При таких тонких измерениях малейшее несовершенство сильно исказит интерференционную картину. Даже один фотон способен изменить траекторию атома на сантиметр в секунду. Кажется, что потеря одного атома - не проблема, но при повторении процедуры ошибки постепенно накапливаются, что приводит к полной потере данных уже после нескольких циклов.
Чтобы справиться с этой проблемой, команда разработала новый способ выстраивать последовательность лазерных импульсов. В основе технологии лежат алгоритмы машинного обучения, которые автоматически корректируют неточности.
Учёные снизили количество ошибок, вызванных несовершенством оборудования, и научились точно контролировать параметры излучения. После успешных компьютерных симуляций лабораторные эксперименты подтвердили тысячекратное усиление сигнала. Ковачи отмечает: раньше можно было применить только 10 лазерных импульсов, а теперь их число выросло до 500.
Хотя получить идеальное качество отдельных вспышек света пока невозможно, правильно выстроенная последовательность позволяет нивелировать все недостатки. Такой подход поможет раскрыть весь потенциал атомной интерферометрии.
Разработанный метод, по мнению учёных, найдёт применение в самых разных квантовых датчиках, где присутствует спонтанное излучение. Команда уверена: их открытие существенно повысит чувствительность интерферометров при поиске тёмной материи, тёмной энергии и гравитационных волн.
Учёные из Северо-Западного университета США разработали Для просмотра ссылки Войди
Прибор, названный атомным интерферометром, задействует свет для управления атомами при замере мельчайших сил. В отличие от своих предшественников, он сам устраняет погрешности, связанные с изъянами световых импульсов.
Исследователи хотят проследить, как тёмная материя взаимодействует с обычным веществом - феномен, который до сих пор не удавалось зафиксировать даже с помощью самого точного оборудования. По их словам, разработка позволит регистрировать сверхслабые силы, источником которых служат тёмная материя, тёмная энергия и гравитационные волны в частотных диапазонах, недоступных ранее.
Тёмная материя остаётся одной из главных загадок современной физики. Мы хорошо понимаем природу лишь 15% вещества во Вселенной - той части, которую мы называем обычной материей. Остальные 85% представляют собой неизвестную и неизученную субстанцию.
Первый атомный интерферометр появился в 1991 году. В его основе лежит квантовое явление суперпозиции - способность частицы пребывать сразу в нескольких состояниях. В данном случае один атом ведёт себя как волна, которая распространяется одновременно по двум направлениям.
Лазеры в интерферометре разделяют волноподобный атом на две волны, направляют их по разным траекториям, а затем сливают воедино. При слиянии волны создают особый узор, похожий на отпечаток пальца - он показывает, какие силы воздействовали на атомы в процессе.
Руководитель исследования, доцент физики и астрономии Тимоти Ковачи, объясняет, что атомные интерферометры особенно точно измеряют минимальные колебания расстояний. Раз тёмную материю до сих пор не удалось найти, её влияние должно быть крайне слабым, поэтому чувствительность у приборов - максимальная.
При таких тонких измерениях малейшее несовершенство сильно исказит интерференционную картину. Даже один фотон способен изменить траекторию атома на сантиметр в секунду. Кажется, что потеря одного атома - не проблема, но при повторении процедуры ошибки постепенно накапливаются, что приводит к полной потере данных уже после нескольких циклов.
Чтобы справиться с этой проблемой, команда разработала новый способ выстраивать последовательность лазерных импульсов. В основе технологии лежат алгоритмы машинного обучения, которые автоматически корректируют неточности.
Учёные снизили количество ошибок, вызванных несовершенством оборудования, и научились точно контролировать параметры излучения. После успешных компьютерных симуляций лабораторные эксперименты подтвердили тысячекратное усиление сигнала. Ковачи отмечает: раньше можно было применить только 10 лазерных импульсов, а теперь их число выросло до 500.
Хотя получить идеальное качество отдельных вспышек света пока невозможно, правильно выстроенная последовательность позволяет нивелировать все недостатки. Такой подход поможет раскрыть весь потенциал атомной интерферометрии.
Разработанный метод, по мнению учёных, найдёт применение в самых разных квантовых датчиках, где присутствует спонтанное излучение. Команда уверена: их открытие существенно повысит чувствительность интерферометров при поиске тёмной материи, тёмной энергии и гравитационных волн.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
