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重力を測定するための新しいテクニックとは、気になる詳細を解説します!

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本記事は、A New Technique For Precisely Measuring Earth’s Gravity
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約1分48秒

・重力を測定する新しいテクニックは、冷気の量子的性質と、閉じ込められた原子を使用します。

 

 

・これは、垂直チャンバー内の自由落下原子の追跡が含まれたスタンダードなテクニックに比べ、はるかに正確です。

 

 

通常、重力実験は、シールドされたチューブに物を落とし、それらが楽器で鳴るように測定することによって行います。例えば、原子が背の高いシュートを下る速度を記録することによって、原子に対する重力の影響を測定できます。

 

 

これらの実験は、科学者がさまざまな基本定数を決定し、アインシュタインの重力理論をテストするのに役立ちます。しかし、自由落下実験で使用される垂直管は、浮遊磁場などの環境干渉から隔離するのが困難です。

 

 

この問題を克服してより詳しく重力を測定するために、カリフォルニアとバークレー大学の物理学者は、地球の重力を測定する新しいテクニックを開発しました。落下原子を追跡する代わりに、閉じ込められた原子の量子的性質を利用して、惑星の重力場の微小な変動を測定します。

 

 

どのようにそれをしましたか?

 

 

垂直に分離された原子のグループ、または物質波が再結合すると、干渉パターンを発生させます。物体に作用する重力は、地球の表面上の高度(および近くの重い物体のような他のパラメーター、および地球の地殻の局所密度)に依存するため、2組の原子は少し異なる重力ポテンシャルエネルギーを受けます。

 

 

研究員はこの違いを分析することで、地球の重力の変動を正確に測定しました。

 

 

この研究で、研究員はセシウム原子のグループを300ナノケルビンまで冷却し、小さな真空チャンバー内で上方向にそれらを発射しました。次に、2つのレーザービームを照射して、原子を2つの空間的に分離した量子を重ね合わせた状態にしました。

 

 

原子は約20秒間閉じ込められ、落ちていきました。このポイントとして、二次レーザーパルスは再マージに適用され、原子波パケットを妨害します。

 

 

対になった原子間の波動粒子の二重性(重力の影響を受ける)の違いを測定することにより、研究員は、地球の重力を正確に測定しました。

 

 

 

 

地球の重力で、レーザー光線が、各原子を空間的に分離された2つの量子を重ね合わせた状態で、吊り下げる格子干渉計の設計| クレジット:Sarah Davis

 

 

この新しい方法には、自由落下原子を使用するスタンダードな方法以上の、2つの大きな利点があります。

 

 

1.振動ノイズの影響を受けにくい

 

 

2.比較的小さなデバイスを使用します。セットアップ全体が、120cm×240 cmに収まります。 自由落下原子で実行された同じ実験では、500メートルの高さの真空システムが必要です。

 

 

さらに、この方法を使用するために、携帯型重力測定装置を構築することができます。これによって、さまざまな場所で簡単に地球の重力場を測定し、鉱物の堆積物を特定するのに役立ちます。また、物理学者が、暗黒物質やその他の神秘的な現象の性質を理解することにも、役立つでしょう。

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