He rua te ahua o te matū; kei te noho nga mea katoa hei matūriki me te ngaru. I te pāmahana tata ki te kore tino, ka kitea te ahua ngaru o nga ngota ma te iraruke i te awhe ka kitea. I roto i nga momo wera ultracold i roto i te awhe nanoKelvin, ka whakakotahi nga ngota ki tetahi hinonga nui ake ka huri ki te whenua tuarima e kiia nei ko Bose Eisenstein Condensate (BEC) he ngaru i roto i te kete nui. Pērā i ngā ngaru katoa, ka whakaatuhia e nga ngota o tenei ahuatanga te ahuatanga o te pokanoa me nga tauira pokanoa o nga ngaru ngota ka taea te ako i roto i nga taiwhanga. Ko nga interferometers ngota ka tukuna ki roto i te taiao microgravity o te waahi ka mahi hei pukoro tino tika me te whai waahi ki te ine i nga whakatere ngoikore. Ko te pouaka pouaka iti Cold Atom Laboratory (CAL) e huri haere ana i te whenua i runga i te International Space Station (ISS) he whare rangahau mo te rangahau mo nga haurehu-nui-te-makariri i roto i te taiao microgravity o te mokowhiti. I whakapai ake me te Atom Interferometer i etahi tau ki muri. E ai ki te purongo i whakaputaina i te 13 o Akuhata 2024), kua angitu nga kairangahau ki te whakahaere i nga whakamatautau huarahi. Ka taea e ratou te ine i nga wiri o te ISS ma te whakamahi i te toru-tere Mach-Zehnder interferometer i runga i te papa CAL. Koinei te wa tuatahi i whakamahia ai te pukoro quantum i te waahi ki te kite i nga huringa o te waahi tata. Ko te whakamatautau tuarua ko te whakamahi i te Ramsey shear-wave interferometry ki te whakaatu tauira pokanoa i te oma kotahi. I kitea nga tauira mo te neke atu i te 150 ms te wa whakaroa-kore. Koinei te whakaaturanga roa rawa atu o te ngaru o nga ngota i te hinga korekore i te waahi. I whanganga ano e te roopu rangahau te Bragg laser photon recoil hei whakaaturanga o te pukoro quantum tuatahi e whakamahi ana i te interferometry ngota i te waahi. He mea nui enei whanaketanga. I te mea ko nga pukoro tino tika, ka taea e nga interferometers ngota ultracold i runga i te mokowhiti te ine i nga terenga ngoikore, no reira ka whai waahi nga kairangahau ki te tirotiro i nga patai (pēnei i te mea pouri me te kaha pouri, te hangarite matū-anti-matter, te whakakotahitanga o te kaha ki etahi atu mara) e kore e taea e te Whanaungatanga Whānui me te Tauira Paerewa o te ahupūngao matūriki te whakamārama me te whakakī i te āputa o tō mātau māramatanga ki te ao.
Ko nga ngaru e whakaatu ana i te ahuatanga o te pokanoa, ara, e rua, neke atu ranei nga ngaru honohono ka puta he ngaru ka puta he kaha teitei ake, iti iho ranei te tiwerawera i runga i nga wahanga o nga ngaru whakakotahi. Mo te marama, ka kite tatou i nga ngaru ka puta ko te ahua pouri me te marama.
Ko te Interferometry he tikanga ine i nga ahuatanga ma te whakamahi i te ahuatanga o te pokanoa. Ko te wehewehe i te ngaru maiki kia rua nga kurupae e haere ana i nga huarahi rereke katahi ka whakakotahi ki te hanga i te tauira pokanoa ka puta mai ranei i nga taniko (i te mea he marama). Ko te tauira wawaotanga ka puta he tairongo ki nga huringa o nga ahuatanga o nga ara haerenga o nga kurupae, hei tauira, nga huringa o te roa o te ara haerenga, i tetahi waahi ranei e pa ana ki te roangaru ka awe i te tauira pokanoa ka taea te whakamahi mo te inenga.
de Broglie ngaru, ngaru matū ranei
He rua nga ahuatanga o te matū; he matūriki me te ngaru. Ko ia matūriki, ahanoa ranei e neke ana he ahuatanga ngaru i homai e de Broglie Equation
λ = h/mv = h/p = h/√3mKT
ko te λ te roangaru, h ko te taumau a Planck, ko te m te papatipu, ko te v te tere o te matūriki, ko te p te torohaki, ko te K ko te taumau Boltzmann, ko te T ko te pāmahana i Kelvin.
Ko te roangaru waiariki de Broglie he taurite ki te pakiaka tapawha o te pāmahana i roto i te kelvin te tikanga ka nui ake te λ i te pāmahana iti.
Te rangahau mo nga ngaru ngota ultra makariri
Mo te ngota angamaheni, ko te roangaru o de Broglie i te pāmahana rūma kei te raupapa angstrom (10-10 m) ara. 0.1 nanometer (1 nm=10-9 m). Ka taea e te radiation o tetahi roangaru te whakatau i nga korero i roto i te awhe rahi rite. Kare e taea e te Marama te whakatau i nga korero iti ake i tona roangaru, no reira kare e taea te atahanga te ngota angamaheni i te pāmahana rūma ma te whakamahi i te rama kitea he roangaru kei te awhe o te 400 nm ki te 700 nm. Ka taea e nga hihi X na tona roangaru awhe angstrom engari ko tona kaha nui ka whakangaro i nga ngota e tika ana kia mataki. Na reira, ko te otinga kei roto i te whakaheke i te pāmahana o te ngota (ki raro iho i te 10-6 kelvin) kia piki ake ai nga roangaru o de Broglie o nga ngota ka rite ki nga roangaru o te marama kitea. I te tino makariri, ka ine te ahua ngaru o nga ngota me te whai take mo te interferometry.
I te mea ka whakahekehia te pāmahana o nga ngota i te awhe nanokelvin (10-9 kelvin) ki te 400 nK, ka huri nga ngota ngota ki te ahua tuarima e kiia nei ko Bose-Einstein condensate (BCE). I nga pāmahana tino iti e tata ana ki te kore tino karekau te nekehanga o te waiariki o nga matūriki, ka whakakotahi nga ngota ki roto i te hinonga nui kotahi e rite ana ki te ngaru i roto i te kete nui. Ko tenei ahuatanga o nga ngota ka whai waahi nga kairangahau ki te ako i nga punaha rahi i runga i te tauine tonotono. Ko te BCE ngota tuatahi i hangaia i te tau 1995 i roto i te hau o te ngota rubidium. Mai i tera wa, kua kitea e tenei waahi te maha o nga whakapainga o te hangarau. Ko te ngota BEC o NaCs rāpoi ngota i hanga tata i te pāmahana ultracold o 5 nanoKelvin (nK).
He pai ake nga tikanga microgravity i te waahi mo te rangahau miihini quantum
Ko te kaha i roto i nga whare taiwhanga whenua me whakamahi mahanga autō hei pupuri i nga ngota kia pai ai te whakamatao. Ka whakawhāitihia e te Gravity te wa taunekeneke me nga BEC i roto i nga taiwhanga whenua. Ko te hanganga o nga BEC i roto i te taiao microgravity o nga whare taiwhanga-a-waahi ka hinga i enei here. Ka taea e te taiao microgravity te whakanui ake i te wa taunekeneke me te whakaiti i nga raruraru mai i te waahi tono, na reira ka pai ake te tautoko i te rangahau miihini quantum. Ka hangaia nga BCE i raro i nga ahuatanga microgravity i te waahi.
Cold Atom Laboratory (CAL) i te International Space Station (ISS)
Ko te Cold Atom Laboratory (CAL) he whare rangahau-kaiwhakamahi maha e noho ana i te International Space Station (ISS) mo te ako mo nga haurehu-nui-a-te-matao i roto i te taiao microgravity o te waahi. Ka whakahaerehia a CAL mai i te pokapu mahi i te Jet Propulsion Laboratory.
I tenei whare mokowhiti, ka taea ki te 10 hekona nga waa tirotiro me nga pāmahana tino makariri i raro i te 100 picoKelvin (1 pK= 10-12 Kelvin) mo te ako i nga ahuatanga o te rahi.
I whakarewahia te Cold Atom Lab i te 21 Mei 2018, a, i whakauruhia ki runga i te ISS i te mutunga o Mei 2018. I hangaia he Bose-Einstein Condensate (BEC) i roto i tenei waahi i te marama o Hurae 2018. Koinei te wa tuatahi; he mea hanga te ahua tuarima o te matū i roto i te amionga o Papa. I muri mai, i whakahoutia te whare whai muri i te tukunga o nga interferometers ngota ultracold.
He maha nga tohu kua tutuki a CAL i nga tau tata nei. Rubidium Bose–Einstein condensates (BECs) i hangaia ki te mokowhiti i te tau 2020. I whakaatuhia ano he pai te taiao microgravity mo te whakamatautau ngota makariri.
I tera tau, i te tau 2023, i hangaia e nga kairangahau nga momo-rua BEC i hangaia mai 87Rb me 41K me te whakaatu i te interferometry ngota tukutahi me nga momo ngota e rua mo te wa tuatahi ki te waahi i te whare taiwhanga Cold Atom. He mea nui enei whakatutukitanga mo nga whakamatautau nui o te ao o te hinga kore utu (UFF) i te waahi.
Ko te ahunga whakamua o na tata nei i roto i nga hangarau a-waahi-a-waahi
E ai ki te purongo i whakaputaina i te 13 o Akuhata 2024), i mahi nga kairangahau 87Rb ngota i roto i te CAL atom interferometer me te whakahaere angitu e toru nga whakamatautau rapu ara. Ka taea e ratou te ine i nga wiri o te ISS ma te whakamahi i te toru-tere Mach-Zehnder interferometer i runga i te papa CAL. Koinei te wa tuatahi i whakamahia ai te pukoro quantum i te waahi ki te kite i nga huringa o te waahi tata. Ko te whakamatautau tuarua ko te whakamahi i te Ramsey shear-wave interferometry ki te whakaatu tauira pokanoa i te oma kotahi. I kitea nga tauira mo te neke atu i te 150 ms te wa whakaroa-kore. Koinei te whakaaturanga roa rawa atu o te ngaru o nga ngota i te hinga korekore i te waahi. I whanganga ano e te roopu rangahau te Bragg laser photon recoil hei whakaaturanga o te pukoro quantum tuatahi e whakamahi ana i te interferometry ngota i te waahi.
Te hiranga o nga interferometers ngota ultracold i tukuna ki te waahi
Ko nga interferometers ngota e whakamahi ana i te ahua nui o nga ngota me te tino aro ki nga huringa o te whakaterenga, nga mara ranei na reira he taputapu tino tika. Ka whakamahia nga interferometer ngota i runga i te whenua ki te ako i te kaha me nga hangarau whakatere matatau.
Ko nga interferometers ngota e ahu mai ana i te mokowhiti he painga o te taiao microgravity tohe e tuku ana i nga tikanga hinga kore utu me te iti ake o te awe o nga mara. Ka awhina ano hoki i a Bose-Einstein condensates (BECs) kia eke ki nga mahana makariri ake i te awhe picoKelvin me te noho mo te roa ake. Ko te painga o te kupenga he roa te wa mataki, no reira he pai ake te whai waahi ki te ako. Ma tenei ka whakawhiwhia nga interferometers ngota ultracold i tukuna ki te waahi me nga kaha inenga tino tika, ka waiho hei tino sensor.
Ka taea e nga interferometers ngota Ultracold i tukuna ki te waahi te kite i nga rereketanga tino mohio o te kaha e tohu ana i te rereke o te kiato. Ka awhina tenei ki te ako i te hanganga o nga tinana aorangi me nga huringa papatipu.
Ka taea hoki e te inenga tino tika o te taikaha te mohio ake ki nga mea pouri me te kaha pouri, me te torotoro i nga toi ngawari kei tua atu i te Whanaungatanga Whanui me te Tauira Paerewa e whakaahua ana i te ao kitea.
Ko te Whanaungatanga Whanui me te Tauira Paerewa nga ariā e rua e whakaatu ana i te ao kitea. Ko te tauira paerewa o te ahupūngao matūriki ko te ariā mara quantum. E whakaahua ana i te 5% anake o te ao, ko te toenga 95% kei roto i nga ahua pouri (he mea pouri me te kaha pouri) kaore tatou e mohio. Kaore e taea e te Tauira Paerewa te whakamarama i te mea pouri me te kaha pouri. Kaore e taea te whakamaarama i te hangarite matū-antimatter. Waihoki, kare ano te kaha o te kaha ki te whakakotahi ki era atu mara. Ko te mooni o te ao kaore i te tino whakamaramatia e nga ariā me nga tauira o naianei. Kare e taea e nga kaiwhakatere nui me nga kaitirotiro te whakamarama te nuinga o enei mea ngaro o te taiao. I te mea ko nga pūoko tino tika, ko nga interferometers ngota ultracold i runga i te mokowhiti he whai waahi mo nga kairangahau ki te tirotiro i enei patai ki te whakakii i te waahi o to maatau mohiotanga ki te ao.
***
Tohutoro:
- Meystre, Pierre 1997. Ina ka ngaru nga ngota. Kei te waatea i https://wp.optics.arizona.edu/pmeystre/wp-content/uploads/sites/34/2016/03/when-atoms.pdf
- NASA. Cold Atom Laboratory – Nga Miihana o te Ao. Kei te waatea i https://www.jpl.nasa.gov/missions/cold-atom-laboratory-cal & https://coldatomlab.jpl.nasa.gov/
- Aveline, DC, et al. Te tirohanga o Bose–Einstein condensates i roto i te taiwhanga rangahau huri noa i te whenua. Taiao 582, 193–197 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2346-1
- Elliott, ER, Aveline, DC, Bigelow, NP et al. Ko nga ranunga hau irirangi me nga momo-rua-rua ngota interferometry i te mokowhiti. Taiao 623, 502–508 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06645-w
- Wiremu, JR, et al 2024. Ka whakamatauhia e te Pathfinder me te interferometry ngota i roto i te Cold Atom Lab i runga i te Teihana Mokowhiti o te Ao. Nat Commun 15, 6414. Published: 13 August 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-50585-6 . Tuhinga o mua https://arxiv.org/html/2402.14685v1
- Kei te whakaatu a NASA i te 'Ultra-Cool' Quantum Sensor mo te wa tuatahi ki te mokowhiti. I whakaputaina i te 13 Akuhata 2024.Kei te waatea i https://www.jpl.nasa.gov/news/nasa-demonstrates-ultra-cool-quantum-sensor-for-first-time-in-space
***
