Fysiker har skrivit ut en enhet för att skapa ultrakylda atomer: nu kommer kvantexperiment att bli mer tillgängliga

Forskarnas utveckling öppnar för tillgång till ett snabbare och bekvämare sätt att skapa små, mer

stabila, anpassningsbara installationer förkvantexperiment.  Idag använder fysiker laserljus och magneter för att syntetisera ultrakalla atomer. Och de resulterande atomerna används till exempel för att identifiera även de svagaste magnetfälten eller skapa klockor med en noggrannhet på en kvadrilliondels sekund.  Så fysiker har länge försökt använda ultrakalla atomenheter i en mängd olika miljöer, från rymdutforskning, där de kan hjälpa till med navigering, till hydrologi, där de kan fastställa platsen för grundvattnet genom att detektera dess gravitationskraft. Men processen att kyla atomer tillräckligt för att utföra någon av dessa uppgifter är ofta komplex och svår.

Nyckeln till att kyla och kontrollera atomer ärträffa dem med exakt inställt laserljus. Heta atomer rör sig med hastigheter på hundratals kilometer i timmen, medan extremt kalla atomer är nästan orörliga. Fysiker ser till att varje gång en varm atom träffas av en laserstråle träffar ljuset den på ett sådant sätt att atomen förlorar lite energi, saktar ner och blir svalare. Vanligtvis arbetar forskare på ett laboratoriebord som mäter 1,5 m per  2,5 m, på vilken en "labyrint" av speglar och linser är installerad - optiska komponenter som styr ljus. För att kontrollera var alla ultrakalla atomer finns i denna kammare använder fysiker magneter: deras fält fungerar som "stängsel".

Jämfört med partikelacceleratorer med en längd avnågra kilometer eller stora teleskop är dessa experimentella anläggningar små. De är dock för stora och ömtåliga för att kommersialiseras och tillämpas utanför akademiska laboratorier. Fysiker tillbringar ofta månader med att anpassa alla små element i sina optiska labyrinter. Även den minsta skakning av speglar och linser - som kan hända i fältet - kommer att resultera i betydande förseningar. Så Nottingham -forskarna vände sig till 3D -utskrift.

Installationen av fysiker tar upp mindre än 0,15 volymkubikmeter, vilket är något större än en bunt med 10 stora pizzakartonger. "Det här är väldigt, väldigt litet. Vi har minskat storleken med cirka 70 % jämfört med en konventionell installation”, säger Somaya Madkhali, doktorand i Nottingham och första författare till studien. För att bygga den, satte hon och hennes kollegor ihop sin installation från block som de 3D-printade. Istället för att tillverka vakuumkammaren av starka men tungmetaller, tryckte teamet den från en lättare aluminiumlegering. Och de satte in linserna och speglarna i en hållare, som de också tryckte av polymer.

Miniatyrinställningen har tagits emotarbetade. Teamet laddade 200 miljoner rubidiumatomer i sin vakuumkammare och skickade laserljus genom alla komponenter i optiken, vilket fick ljuset att kollidera med atomerna. Atomerna bildade ett prov med temperaturer så låga som - 267 ° C - precis som forskare har gjort med mer traditionella instrument under de senaste 30 åren.

Den stora fördelen med att använda 3D -utskriftär att forskare kommer att kunna utforma varje komponent individuellt. Därför är den nya forskningen ett steg framåt för att göra detta grundläggande fysikforskningsverktyg mer tillgängligt och kommersiellt tillgängligt. Fysiker spekulerar i att sådana instrument kommer att användas utanför akademin, till exempel av företag som tillverkar kvantsensorer som känner av magnetiska eller gravitationella fält.

Att läsa Ytterligare:

En ny metall har dykt upp där elektroner rör sig som en vätska

En särskild vikt för att lura köpare: en ovanlig artefakt upptäcktes i Israel

Ny iOS 15: släppdatum, iPhone-design och funktioner. Vi berättar allt som är känt