Fysikere har trykt en enhed til at skabe ultrakølede atomer: nu bliver kvanteeksperimenter mere tilgængelige

Forskernes udvikling åbner adgang til en hurtigere og mere bekvem måde at skabe små, mere

stabile, tilpasselige installationer tilkvanteeksperimenter.  I dag bruger fysikere laserlys og magneter til at syntetisere ultrakolde atomer. Og de resulterende atomer bruges for eksempel til at identificere selv de svageste magnetfelter eller skabe ure med en nøjagtighed på en kvadrilliontedel af et sekund.  Så fysikere har længe søgt at bruge ultrakolde atomenheder i en række forskellige indstillinger, fra rumudforskning, hvor de kan hjælpe med navigation, til hydrologi, hvor de kan lokalisere grundvandets placering ved at detektere dets tyngdekraft. Men processen med at afkøle atomer tilstrækkeligt til at udføre nogen af ​​disse opgaver er ofte kompleks og vanskelig.

Nøglen til at afkøle og kontrollere atomer errammer dem med præcist indstillet laserlys. Varme atomer bevæger sig med hastigheder på hundredvis af kilometer i timen, mens ekstremt kolde atomer næsten er ubevægelige. Fysikere sørger for, at hver gang et varmt atom bliver ramt af en laserstråle, rammer lyset det på en sådan måde, at atomet mister noget energi, sænker farten og bliver køligere. Typisk arbejder videnskabsmænd på et laboratoriebord, der måler 1,5 m pr.  2,5 m, hvorpå der er installeret en "labyrint" af spejle og linser - optiske komponenter, der styrer lyset. For at kontrollere, hvor alle de ultrakolde atomer er i dette kammer, bruger fysikere magneter: deres felter fungerer som "hegn".

Sammenlignet med partikelacceleratorer med en længde pået par kilometer eller store teleskoper, er disse forsøgsanlæg små. De er imidlertid for store og skrøbelige til at blive kommercialiseret og anvendt uden for akademiske laboratorier. Fysikere bruger ofte måneder på at tilpasse hvert lille element i deres optiske labyrinter. Selv den mindste rysten af ​​spejle og linser - som kan ske i marken - vil resultere i betydelige forsinkelser. Så Nottingham -forskerne vendte sig til 3D -print.

Installationen af ​​fysikere fylder mindre end 0,15 volumenkubikmeter, som er lidt større end en stak på 10 store pizzaæsker. "Det her er meget, meget lille. Vi har reduceret størrelsen med omkring 70 % sammenlignet med et konventionelt setup,” siger Somaya Madkhali, en ph.d.-studerende i Nottingham og førsteforfatter til undersøgelsen. For at bygge det samlede hun og hendes kolleger deres opsætning fra blokke, de 3D-printede. I stedet for at fremstille vakuumkammeret af stærke, men tunge metaller, printede holdet det fra en lettere aluminiumslegering. Og de indsatte linserne og spejlene i en holder, som de også printede af polymer.

Modtaget miniaturekonfigurationarbejdede. Teamet indlæste 200 millioner rubidiumatomer i deres vakuumkammer og sendte laserlys gennem alle komponenterne i optikken, hvilket fik lyset til at kollidere med atomerne. Atomer dannede en prøve med temperaturer helt ned til - 267 ° C - ligesom forskere har gjort med mere traditionelle instrumenter i de sidste 30 år.

Den store fordel ved at bruge 3D -printer, at forskere vil være i stand til at designe hver komponent individuelt. Derfor er den nye forskning et skridt fremad for at gøre dette grundlæggende fysiske forskningsværktøj mere tilgængeligt og kommercielt tilgængeligt. Fysikere spekulerer i, at sådanne instrumenter vil blive brugt uden for den akademiske verden, for eksempel af virksomheder, der laver kvantesensorer, der registrerer magnetiske eller gravitationsfelter.

At læse Yderligere:

Et nyt metal er dukket op, hvor elektroner bevæger sig som en væske

En særlig vægt for at bedrage købere: en usædvanlig artefakt blev opdaget i Israel

Ny iOS 15: udgivelsesdato, iPhone-design og funktioner. Vi fortæller alt, hvad der er kendt