Teknik pencitraan multi-cermin baru dapat meningkatkan kinerja interferometer atom secara signifikan, menjadikannya lebih berguna dalam aplikasi mulai dari deteksi materi gelap hingga pengendalian kualitas di bidang manufaktur. Dengan menangkap cahaya yang masuk dari berbagai sudut, teknik baru ini memungkinkan para ilmuwan mengumpulkan lebih banyak cahaya daripada yang mungkin dilakukan menggunakan pengaturan pencitraan konvensional, sehingga meningkatkan sensitivitas sistem.
Teknik baru yang dikembangkan oleh para peneliti di Departemen Energi AS'S Laboratorium Akselerator Nasional SLAC, adalah contoh pencitraan medan cahaya, yang tidak hanya menangkap intensitas cahaya, namun juga arah perjalanan sinar cahaya. Beberapa cermin mengarahkan pandangan cahaya yang berbeda dan menimpanya ke sensor pencitraan. Informasi medan cahaya ini kemudian dapat digunakan untuk merekonstruksi gambar tiga dimensi suatu objek.
Pencarian gravitasi untuk materi gelap
Salah satu kemungkinan penggunaan teknik baru ini adalah di Sensor Interferometri Gradiometer Atom Gelombang Materi, interferometer atom sepanjang 100 meter yang saat ini sedang dipasang di Laboratorium Akselerator Nasional Fermi di Illinois, AS. MAGIS-100, seperti diketahui, akan menjadi alat baru dalam pencarian materi gelap yang sedang berlangsung – zat misterius yang diperkirakan membentuk 85% materi di alam semesta namun saat ini hanya dapat diamati melalui pengaruh gravitasinya, sehingga menghalangi objek berukuran besar. seperti galaksi yang terbang menjauh saat mereka berotasi. Eksperimen ini juga akan berfungsi sebagai pencari jalan menuju detektor gelombang gravitasi pita menengah berskala lebih besar.
Dalam MAGIS-100, para peneliti akan melepaskan awan atom strontium dalam tabung vakum dan kemudian menyinari awan dengan sinar laser untuk memotretnya saat mereka jatuh ke dalam tabung. Setiap atom bertindak seperti gelombang dan sinar laser menempatkan gelombang atom ini ke dalam superposisi keadaan kuantum: satu keadaan di mana atom melanjutkan jalur aslinya dan keadaan lain di mana cahaya “menendangnya” lebih tinggi ke dalam tabung. Kedua gelombang tersebut kemudian bergabung kembali, menciptakan pola interferensi. Fase relatif antara pasangan pola interferensi yang dibuat menggunakan dua interferometer bisa sangat sensitif terhadap keberadaan gelombang gravitasi, serta materi gelap ultra-terang yang bermanifestasi sebagai gelombang berosilasi klasik.
Namun, agar teknik ini berhasil, sinar laser yang digunakan untuk membuat atom berpendar untuk menggambarkan pola interferensi akhir harus memiliki intensitas yang tepat. Terlalu kuat akan merusak struktur awan atom; tidak cukup intens, dan awan akan terlalu redup untuk ditangkap oleh kamera pencitraan eksperimen (yang berada di luar ruangan yang menampung atom). Salah satu solusi untuk masalah ini adalah dengan menggunakan kamera dengan aperture yang lebih lebar, namun hal ini akan menciptakan depth of field yang sempit sehingga hanya sebagian kecil gambar yang berada dalam fokus.
Menangkap lebih banyak cahaya
Dalam karya barunya, tim yang dipimpin oleh Ariel Schwartzman dan mahasiswa pascasarjana Murtaza Safdari dan Sanha Cheong dari SLAC National Accelerator Laboratory mengatasi masalah ini dengan memantulkan cahaya yang menjauh dari awan kembali ke lensa kamera. Kamera kemudian dapat mengumpulkan tidak hanya lebih banyak cahaya, namun juga lebih banyak pemandangan suatu objek dari berbagai sudut, yang masing-masing muncul pada gambar sebagai titik berbeda pada latar belakang hitam. Kumpulan gambar berbeda tersebut dapat digunakan untuk merekonstruksi model 3D awan atom.
Sensor gradien gravitasi kuantum digunakan di luar ruangan untuk menemukan terowongan
“Pencitraan konvensional hanya menangkap cahaya sebanyak yang dapat diterima oleh bukaan lensa, dan kehilangan informasi arah karena mengintegrasikan cahaya melalui bukaan lensa,” kata Safdari. Dunia Fisika. “Pencitraan bidang cahaya multipleks spasial konvensional juga terhambat oleh terbatasnya bukaan lensa. Sistem kami dapat memperoleh manfaat dari kemampuan menangkap informasi 3D dari sistem multipleks spasial, sekaligus menangkap lebih banyak cahaya daripada yang dimungkinkan oleh aperture lensa secara konvensional.”
Safdari menambahkan bahwa meskipun sistem ini akan memberikan manfaat langsung bagi pencitraan dalam eksperimen interferometer atom seperti MAGIS-100, sistem ini juga dapat digunakan untuk aplikasi lain, seperti inspeksi suku cadang di jalur produksi dan pelacakan partikel. Dia dan rekan-rekannya kini mengadaptasi konsep desain mereka untuk mengambil gambar awan atom dalam perangkap magneto-optik di Stanford, sementara dalam jangka panjang mereka ingin mengembangkan versi sistem dalam vakum untuk dipasang di MAGIS-100.
Pekerjaan ini dirinci dalam Jurnal Instrumentasi.
