Egy új, többtükrös képalkotási technika nagymértékben javíthatja az atominterferométerek teljesítményét, hasznosabbá téve azokat a sötét anyag észlelésétől a gyártási minőségellenőrzésig. A beérkező fény számos különböző szögből történő rögzítésével az új technika lehetővé teszi a tudósok számára, hogy több fényt gyűjtsenek be, mint amennyi a hagyományos képalkotó elrendezésekkel lehetséges, növelve a rendszer érzékenységét.
Az új technika, amelyet a kutatók fejlesztettek ki a Amerikai Energiaügyi Minisztérium'S SLAC Nemzeti Gyorsító Laboratórium, egy példa a fénymezős képalkotásra, amely nemcsak a fény intenzitását rögzíti, hanem a fénysugarak terjedésének irányát is. A több tükör átirányítja a különböző fénynézeteket, és átfedi őket egy képérzékelőre. Ez a fénymező információ felhasználható egy objektum háromdimenziós képének rekonstruálására.
Gravitációs kutatások a sötét anyag után
Az új technika egyik lehetséges felhasználása a Anyag-hullám atomi gradiométer interferometrikus érzékelő, egy 100 méter hosszú atominterferométert jelenleg telepítenek a Fermi Nemzeti Gyorsító Laboratórium Illinoisban, az Egyesült Államokban. MAGIS-100, mint ismeretes, új eszköz lesz a sötét anyag – a titokzatos anyag, amelyről úgy gondolják, hogy az univerzum anyagának 85%-át alkotja, de jelenleg csak gravitációs befolyása révén figyelhető meg, amely megakadályozza a nagy tárgyakat. például a galaxisok szétrepülnek forgásuk közben. A kísérlet egyúttal útkeresőként is szolgál majd a nagyobb léptékű középsávú gravitációs hullámdetektorok felé.
A MAGIS-100-ban a kutatók stroncium atomfelhőket bocsátanak ki egy vákuumcsőben, majd lézerfénnyel világítják meg a felhőket, hogy leképezzék őket, ahogy a csőbe esnek. Mindegyik atom hullámként működik, és a lézerfény ezeket az atomhullámokat kvantumállapotok szuperpozíciójába helyezi: az egyik állapot, amelyben az atom folytatja az eredeti útját, a másik pedig, amelyben a fény feljebb "rúgja" a csőben. A két hullám ezután újraegyesül, interferenciamintát hozva létre. A két interferométerrel létrehozott interferenciamintázat-párok közötti relatív fázis nagyon érzékeny lehet a gravitációs hullámok jelenlétére, valamint a klasszikusan oszcilláló hullámként megnyilvánuló ultrakönnyű sötét anyagra.
Ahhoz azonban, hogy ez a technika működjön, az atomok fluoreszkálására használt lézerfénynek a végső interferenciamintázat leképezéséhez pontosan a megfelelő intenzitásúnak kell lennie. Túl intenzív, és tönkreteszi az atomfelhők szerkezetét; nem elég intenzív, és a felhők túl homályosak lesznek ahhoz, hogy a kísérlet képalkotó kamerája (amely az atomokat tároló kamrán kívül található) felvegye őket. Az egyik megoldás erre a problémára az lenne, ha szélesebb rekesznyílású fényképezőgépet használnánk, de ez szűk mélységélességet hozna létre, amelyben a képnek csak egy kis része van fókuszban.
Több fény rögzítése
Az új munkában az Ariel Schwartzman, valamint Murtaza Safdari és Sanha Cheong végzős hallgatók, az SLAC National Accelerator Laboratory munkatársai által vezetett csapat felülkerekedett ezen a problémán azáltal, hogy a felhőből távozó fényt visszaverte a kamera lencséjébe. A kamera ezután nem csak több fényt képes begyűjteni, hanem több képet is gyűjthet egy objektumról különböző szögekből, amelyek mindegyike külön foltként jelenik meg a képen a fekete háttéren. Az ilyen különálló képek gyűjteménye felhasználható az atomfelhő 3D-s modelljének rekonstruálására.
Kvantum gravitációs gradiens érzékelő, amelyet kültéren használnak alagút keresésére
"A hagyományos képalkotás csak annyi fényt rögzít, amennyit az objektív rekesznyílása képes befogadni, és szükségszerűen elveszíti az irányinformációkat, mivel integrálja a fényt az objektív rekeszébe" - mondja Safdari. Fizika Világa. „A hagyományos térben multiplex fénymezős képalkotást is nehezíti az objektív korlátozott rekesznyílása. Rendszerünk képes kihasználni a térben multiplexelt rendszerek 3D információrögzítő képességét, miközben több fényt rögzít, mint amennyit az objektív rekesznyílása hagyományosan lehetővé tenne.”
Safdari hozzáteszi, hogy bár a rendszer közvetlenül előnyös lenne az atominterferométeres kísérletekben, például a MAGIS-100-ban, más alkalmazások is lehetnek, például a gyártósorok alkatrészeinek ellenőrzése és a részecskekövetés. Kollégáival most úgy alakítják át tervezési koncepciójukat, hogy atomfelhőket készítsenek egy mágneses-optikai csapdában Stanfordban, hosszabb távon pedig a rendszer vákuumban történő változatát szeretnék kifejleszteni, amelyet a MAGIS-100-ra telepítenek.
A jelen munka részletesen a Journal of Instrumentation.
