One of the world’s largest atom interferometers — a 33-foot drop tower in the basement of a Stanford University physics laboratory — soon will begin testing whether this pioneering technology, coupled with a highly precise Goddard-designed laser system, can one day directly detect what so far has remained imperceptible and experimentally elusive: gravitational waves or ripples in space-time caused by cataclysmic events, including even the Big Bang itself.
The drop-tower test is just part of a much larger effort involving Stanford University, AOSense, Inc., a privately owned Sunnyvale, Calif.-based firm specializing in atom optics-based sensors, and Goddard researchers. They began collaborating more than two years ago to deploy this emerging, highly precise measurement technology in space.
“We’ve been working with Stanford and AOSense on how to implement this technology for space applications and the good news is it’s proving very compatible for space,” said Goddard’s Lee Feinberg, a member of the team.
Atom interferometry or atom optics could be used for a variety of space applications, but the team so far has used support from Goddard's Internal Research and Development program and NASA's Center Innovation Fund to advance gravitational-wave sensor technologies.
The team also has formulated a potential mission and is now requesting additional NASA funding to further advance the concept.
The 33-foot drop tower at Stanford University will be used to test a Goddard-designed laser system that could be used in future atom-optics instruments. (Photo Credit: Stanford University)
Although astrophysical observations have implied the existence of gravitational waves, no instrument or observatory, including the ground-based Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, has ever directly detected them.
Predicted by Albert Einstein’s general theory of relativity, gravitational waves occur when massive celestial objects move and disrupt the fabric of space-time around them. By the time these waves reach Earth, they are so weak that the planet expands and contracts less than an atom in response. This makes their detection with ground-based equipment more challenging because environmental noise, like ocean tides and earthquakes, can easily swamp their faint murmurings.
Should scientists confirm their existence, they say the discovery would revolutionize astrophysics, giving them a new tool for studying everything from inspiralling black holes to the early universe before the fog of hydrogen plasma cooled to give way to the formation of atoms.
Technological Panacea
“I’ve been following this technology for a decade,” said Bernie Seery, a Goddard executive who was instrumental in establishing the strategic partnership with Stanford University professor Mark Kasevich, who is credited with pushing the frontiers of atom interferometry. In 2001, NASA competitively selected a proposal to demonstrate atom-optics technologies on the International Space Station, but canceled it and other fundamental physics projects due to budgetary pressures.
“The technology has come of age,” Seery added, alluding to progress made since the project’s cancellation. “It opens up a wealth of possibilities. This technology will move ahead very quickly now.”
Atom interferometry, once a lab curiosity when four independent teams in the U.S. and Germany built the first devices in the early 1990s, has since evolved into a technological panacea for everything from measuring gravitational fields to steering submarines and airplanes, uncovering caches of oil and precious stones, and finding nuclear materials stashed inside shipping containers.
Interested in its potential to dramatically improve navigation, the U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) began investing in the technology several years ago. Once DARPA perfects its navigational sensors, NASA can leverage these devices to navigate around a near-Earth asteroid, for example, and measure its gravitational field to deduce its composition, Seery said. It’s also ripe for use in commercial gyroscopes, accelerometers, gravity gradiometers, and highly precise clocks — any application demanding exacting measurements, he added.
Like Optical Interferometry
At its core, atom interferometry works much like optical interferometry, a 200-year-old technique widely used in science and industry to measure small displacements in objects. With this technique, a beamsplitter divides light into two beams. One beam of light reflects off a flat mirror that is fixed in place on one arm of an interferometer. The other beam reflects off another mirror attached to a mechanism that moves it a very short distance away from the beamsplitter. The two beams then recombine at the end of the optical path.
Because the path that one beam travels is fixed in length and the other is constantly changing as its mirror moves, the signal that exits the device is the result of these two beams “interfering” with each other. Scientists use the resulting interference pattern to determine fine details in spectra, measure the diameters of nearby stars, and check the surfaces of telescope mirrors for imperfections, among many other applications.
Atoms as Waves
Atom interferometry, however, hinges on quantum mechanics, the theory that describes how matter behaves at sub-microscopic scales. Just as waves of light can act like particles called photons, atoms can be cajoled into acting like waves if cooled to near absolute zero. At those frigid temperatures, which scientists achieve by firing a laser at the atom, its velocity slows to nearly zero. By firing another series of laser pulses at laser-cooled atoms, scientists put them into what they call a “superposition of states.” In other words, the atoms have different momentums permitting them to separate spatially and be manipulated to fly along different trajectories. Eventually, they cross paths and recombine at the detector — just as in a conventional interferometer.
One of the world’s largest atom interferometers — a 33-foot drop tower in the basement of a Stanford University physics laboratory — soon will begin testing whether this pioneering technology, coupled with a highly precise Goddard-designed laser system, can one day directly detect what so far has remained imperceptible and experimentally elusive: gravitational waves or ripples in space-time caused by cataclysmic events, including even the Big Bang itself.
The drop-tower test is just part of a much larger effort involving Stanford University, AOSense, Inc., a privately owned Sunnyvale, Calif.-based firm specializing in atom optics-based sensors, and Goddard researchers. They began collaborating more than two years ago to deploy this emerging, highly precise measurement technology in space.
“We’ve been working with Stanford and AOSense on how to implement this technology for space applications and the good news is it’s proving very compatible for space,” said Goddard’s Lee Feinberg, a member of the team.
Atom interferometry or atom optics could be used for a variety of space applications, but the team so far has used support from Goddard's Internal Research and Development program and NASA's Center Innovation Fund to advance gravitational-wave sensor technologies.
The team also has formulated a potential mission and is now requesting additional NASA funding to further advance the concept.
The 33-foot drop tower at Stanford University will be used to test a Goddard-designed laser system that could be used in future atom-optics instruments. (Photo Credit: Stanford University)
Although astrophysical observations have implied the existence of gravitational waves, no instrument or observatory, including the ground-based Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, has ever directly detected them.
Predicted by Albert Einstein’s general theory of relativity, gravitational waves occur when massive celestial objects move and disrupt the fabric of space-time around them. By the time these waves reach Earth, they are so weak that the planet expands and contracts less than an atom in response. This makes their detection with ground-based equipment more challenging because environmental noise, like ocean tides and earthquakes, can easily swamp their faint murmurings.
Should scientists confirm their existence, they say the discovery would revolutionize astrophysics, giving them a new tool for studying everything from inspiralling black holes to the early universe before the fog of hydrogen plasma cooled to give way to the formation of atoms.
Technological Panacea
“I’ve been following this technology for a decade,” said Bernie Seery, a Goddard executive who was instrumental in establishing the strategic partnership with Stanford University professor Mark Kasevich, who is credited with pushing the frontiers of atom interferometry. In 2001, NASA competitively selected a proposal to demonstrate atom-optics technologies on the International Space Station, but canceled it and other fundamental physics projects due to budgetary pressures.
“The technology has come of age,” Seery added, alluding to progress made since the project’s cancellation. “It opens up a wealth of possibilities. This technology will move ahead very quickly now.”
Atom interferometry, once a lab curiosity when four independent teams in the U.S. and Germany built the first devices in the early 1990s, has since evolved into a technological panacea for everything from measuring gravitational fields to steering submarines and airplanes, uncovering caches of oil and precious stones, and finding nuclear materials stashed inside shipping containers.
Interested in its potential to dramatically improve navigation, the U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) began investing in the technology several years ago. Once DARPA perfects its navigational sensors, NASA can leverage these devices to navigate around a near-Earth asteroid, for example, and measure its gravitational field to deduce its composition, Seery said. It’s also ripe for use in commercial gyroscopes, accelerometers, gravity gradiometers, and highly precise clocks — any application demanding exacting measurements, he added.
Like Optical Interferometry
At its core, atom interferometry works much like optical interferometry, a 200-year-old technique widely used in science and industry to measure small displacements in objects. With this technique, a beamsplitter divides light into two beams. One beam of light reflects off a flat mirror that is fixed in place on one arm of an interferometer. The other beam reflects off another mirror attached to a mechanism that moves it a very short distance away from the beamsplitter. The two beams then recombine at the end of the optical path.
Because the path that one beam travels is fixed in length and the other is constantly changing as its mirror moves, the signal that exits the device is the result of these two beams “interfering” with each other. Scientists use the resulting interference pattern to determine fine details in spectra, measure the diameters of nearby stars, and check the surfaces of telescope mirrors for imperfections, among many other applications.
Atoms as Waves
Atom interferometry, however, hinges on quantum mechanics, the theory that describes how matter behaves at sub-microscopic scales. Just as waves of light can act like particles called photons, atoms can be cajoled into acting like waves if cooled to near absolute zero. At those frigid temperatures, which scientists achieve by firing a laser at the atom, its velocity slows to nearly zero. By firing another series of laser pulses at laser-cooled atoms, scientists put them into what they call a “superposition of states.” In other words, the atoms have different momentums permitting them to separate spatially and be manipulated to fly along different trajectories. Eventually, they cross paths and recombine at the detector — just as in a conventional interferometer.
การแปล กรุณารอสักครู่..

หนึ่งของโลกที่ใหญ่ที่สุดของอะตอม interferometers - 33 ฟุตหอคอยตกในชั้นใต้ดินของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดปฏิบัติการฟิสิกส์ - เร็ว ๆ นี้จะเริ่มทดสอบว่าเทคโนโลยีบุกเบิกนี้ ควบคู่กับความแม่นยำสูงก็อดเดิร์ดออกแบบระบบเลเซอร์ วันหนึ่งจะสามารถโดยตรงตรวจสอบว่าเพื่อให้ห่างไกลยังคงมองไม่เห็น และทดลองเปรียว :คลื่นความโน้มถ่วงหรือกระเพื่อมในเวลาเกิดเหตุการณ์กลียุค รวมทั้งบิ๊กแบงเอง
ลงหอทดสอบเป็นเพียงส่วนหนึ่งของความพยายามที่มีขนาดใหญ่มากที่เกี่ยวข้องกับมหาวิทยาลัย Stanford aosense อิงค์เอกชนเป็นเจ้าของโดยรัฐแคลิฟอร์เนียตาม บริษัท ที่เชี่ยวชาญในทัศนศาสตร์อะตอมจากเซ็นเซอร์ และ กอดดาร์ด นักวิจัยพวกเขาเริ่มร่วมมือกันมากขึ้นกว่าสองปีก่อนที่จะปรับใช้ใหม่ เทคโนโลยีการวัดความแม่นยำสูงในพื้นที่
" เราทำงานร่วมกับ Stanford และ aosense เกี่ยวกับวิธีการใช้เทคโนโลยีนี้สำหรับการใช้งานในพื้นที่ และข่าวดีก็คือ มันให้เหมาะกับพื้นที่ กล่าวว่า กอดดาร์ด ลี ไฟน์เบิร์ก สมาชิกของ ทีม
อะตอมอะตอมทัศนศาสตร์การสนับสนุนหรือสามารถใช้สำหรับความหลากหลายของการใช้งานพื้นที่ แต่ทีมเพื่อให้ห่างไกลได้ใช้สนับสนุนจากกอดดาร์ด ( การวิจัยและพัฒนาภายในและนาซาศูนย์นวัตกรรมกองทุนล่วงหน้าเทคโนโลยีเซ็นเซอร์คลื่นความโน้มถ่วง .
ทีมงานยังได้กำหนดภารกิจที่อาจเกิดขึ้น และขณะนี้ขอทุนเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มเติมล่วงหน้าของนาซา
ของแนวคิดนี้33 ฟุตหอคอยตกที่ Stanford University จะใช้ทดสอบ กอดดาร์ด ออกแบบระบบเลเซอร์แบบที่สามารถใช้ในเครื่องมืออะตอมทัศนศาสตร์ในอนาคต ( เครดิตภาพ : Stanford University )
ถึงแม้ว่าแหล่งกำเนิดสังเกตได้โดยนัยการดำรงอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วง ไม่มีเครื่องมือ หรือหอดูดาวภาคพื้นดิน รวมทั้งเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์คลื่นความโน้มถ่วงหอดูดาวเคยตรวจพบโดยตรงพวกเขา .
t อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป คลื่นความโน้มถ่วงเกิดขึ้นเมื่อวัตถุท้องฟ้าใหญ่ย้ายและทำลายผ้าของกาลอากาศรอบ ๆพวกเขา โดยเวลาที่คลื่นเหล่านี้เข้าถึงโลก พวกเขาจะอ่อนแอที่โลกขยายและสัญญาน้อยกว่าอะตอมในการตอบสนองนี้จะทำให้การตรวจสอบของอุปกรณ์ภาคพื้นดินที่ท้าทายมากขึ้นเพราะเสียงรบกวนสิ่งแวดล้อม เหมือนกระแสน้ำมหาสมุทรและแผ่นดินไหว สามารถทำให้พวกเขาหมดสติบ่น
ควรนักวิทยาศาสตร์ยืนยันการดำรงอยู่ของพวกเขา พวกเขาบอกว่าการจะปฏิวัติดาราศาสตร์ให้เครื่องมือใหม่สำหรับการเรียนรู้ทุกอย่างจาก inspiralling หลุมดำของจักรวาลก่อน ก่อนที่หมอกไฮโดรเจนพลาสมาเย็นที่จะให้วิธีการก่อตัวของอะตอม เทคโนโลยีเดียว
" ฉันตามเทคโนโลยีนี้สำหรับทศวรรษที่ผ่านมากล่าวว่า " เบอร์นี่ซีรี่ ,เป็น กอดดาร์ด ผู้บริหารที่เป็นเครื่องมือในการสร้างความร่วมมือเชิงกลยุทธ์กับ Stanford University อาจารย์มาร์ค kasevich ที่ได้รับการสนับสนุนผลักดันพรมแดนของอะตอม . ในปี 2001 , NASA ได้เลือกข้อเสนอให้อะตอมทัศนศาสตร์เทคโนโลยีบนสถานีอวกาศนานาชาติแต่การยกเลิกมัน และโครงการฟิสิกส์พื้นฐานอื่น ๆเนื่องจากแรงกดดัน budgetary .
" มีเทคโนโลยีมาอายุ " ซีรี่ กล่าวพาดพิงไปถึงความคืบหน้าเนื่องจากการยกเลิกของโครงการ " จะเปิดขึ้นความมั่งคั่งของความเป็นไปได้ เทคโนโลยีนี้จะย้ายไปข้างหน้าอย่างรวดเร็วแล้ว "
อะตอมอินเตอร์เฟอโรเมทรี เมื่อทดลอง อยากรู้อยากเห็นเมื่อสี่อิสระทีมในสหรัฐอเมริกาและเยอรมันสร้างอุปกรณ์แรกในช่วงต้นทศวรรษ 1990 มีตั้งแต่การพัฒนาเป็นยาครอบจักรวาลเทคโนโลยีสำหรับทุกอย่างจากวัดสนามแรงโน้มถ่วงกับเรือดำน้ำ พวงมาลัย และเครื่องบิน การแคชของน้ำมันและหินมีค่าและหาวัตถุนิวเคลียร์ซ่อนไว้ภายในภาชนะจัดส่ง
สนใจศักยภาพเพื่อเพิ่ม navigation , สหรัฐอเมริกาหน่วยงานโครงการวิจัยขั้นสูงป้องกัน ( DARPA ) เริ่มต้นลงทุนในเทคโนโลยี เมื่อหลายปีก่อน เมื่อ DARPA perfects ของการเดินเรือ เซ็นเซอร์ นาซาสามารถใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์เหล่านี้เพื่อนำทางไปรอบ ๆดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก , ตัวอย่าง และวัดสนามโน้มถ่วงของอนุมานองค์ประกอบของซีรี่ กล่าว มันยังสุกสำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์ gyroscopes gradiometers , accelerometers , แรงโน้มถ่วง ,และแม่นยำสูงนาฬิกา - โปรแกรมใดต้องการการวัดถูกต้องแม่นยำเขาเพิ่ม
ชอบแสงอินเตอร์เฟอโรเมทรี
ที่หลักของมัน , อะตอมการสนับสนุนการทํางานเหมือนแสงอินเตอร์เฟอโรเมทรี , 200 ปี เทคนิคที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์การวัด displacements ขนาดเล็กในวัตถุ ด้วยเทคนิคนี้ beamsplitter แบ่งแสงออกเป็น 2 คานหนึ่งแสงอีกครั้งflผลจากflที่กระจกที่ได้รับการแก้ไขในสถานที่บนแขนของรอมิเตอร์ อื่น ๆอีกflคานผลอีกกระจกแนบกับกลไกที่เคลื่อนที่ได้ระยะทางสั้นมาก ห่างจาก beamsplitter . คานทั้งสองแล้วแขกที่ส่วนท้ายของทางเดินแสง
เพราะเส้นทางที่แสงเดินทางเป็นจึง xed ความยาวและอื่น ๆมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เป็นกระจกเลื่อน สัญญาณที่ออกจากอุปกรณ์ที่เป็นผลของเหล่านี้สองคาน " รบกวน " กับแต่ละอื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์ใช้ผลการตรวจสอบรายละเอียดได้ในรูปแบบนี้ วัดเส้นผ่าศูนย์กลางของดาวที่อยู่ใกล้เคียงและตรวจสอบพื้นผิวของกล้องโทรทรรศน์กระจกสำหรับความไม่สมบูรณ์ในการใช้งานอื่น ๆอีกมากมาย
อะตอมเป็นคลื่น
อะตอมอินเตอร์เฟอโรเมทรี , อย่างไรก็ตาม , บานพับในกลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีที่อธิบายถึงวิธีการทำงานที่ย่อยด้วยเรื่องเครื่องชั่ง เช่นเดียวกับคลื่นของแสงสามารถทำเหมือนอนุภาคที่เรียกว่า โฟตอน อะตอมจะคะยั้นคะยอให้ทำตัวเหมือนคลื่น ถ้าเย็นที่ใกล้ศูนย์องศาสัมบูรณ์ .ที่อุณหภูมิเย็นยะเยือก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บรรลุโดยการยิงเลเซอร์ที่อะตอม , ความเร็วช้าไปเกือบศูนย์ โดยการยิงเลเซอร์อีกชุดของพัลส์เลเซอร์เย็นที่อะตอมนักวิทยาศาสตร์ใส่ลงในสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า " การของรัฐ . " ในคำอื่น ๆอะตอมมีแรงผลักดันต่าง ๆการอนุญาตให้พวกเขาที่จะแยกความแตกต่างและจะใช้บินไปตามวิถีที่แตกต่าง ในที่สุด พวกเขาข้ามเส้นทางและแขกที่เครื่องตรวจจับ - เช่นเดียวกับในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบเดิม
การแปล กรุณารอสักครู่..
