新的量子引力传感器总有一天可能会剥掉其它世界的表面

By Rahul Rao 

2022/3/10

一种新的量子引力传感器可以帮助科学家发现像在一颗行星或月球表面下的地下水一样的特征，这要归功于这些特征在行星引力场中留下的微妙的痕迹。

使用美国宇航局的GRAIL航天器数据创建的可视化显示月球的引力场中的差异. (Image credit: NASA/JPL-Caltech/MIT/GSFC)

为了发现地球表面下的地下水或另一个世界表面下的地下水等特征，科学家们能感知这些特征在行星引力场中留下的微妙痕迹。

但这些测量结果并不容易获得。你需要非常灵敏的仪器，甚至最轻微的振动也能扔掉测量。现在，一组物理学家已经展示了一种类似沙漏的引力测量装置，他们说这帮助克服这一挑战。

引力测量装置称为引力计本身并不新鲜。它们被用于从探测物理常数到映射崎岖景观的所有一切。现代尖端的引力计使用原子。如果你用激光脉动两个原子，并将它们发送到不同的点，一个引力场将以稍微不同的方式影响两个原子。你能通过重叠这两个原子并模糊出它们量子属性的差异来测量引力场。

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但当物理学家试图提高分辨率试图看到几米大小的物体比如地下的管道和通道时，传统的引力传感器会碰壁。地面变化、温度变化甚至轻微的磁场都能扔掉它们。

因此，新传感器采用一种不同的方法。研究人员称之为一个沙漏，每个"灯泡"都包含被困在一个磁笼中的一团铷原子云，通过用一个激光脉动的。双云意味着该装置效果上有两个单独的引力计。因此，研究人员不仅能测量一个引力场，还可以在两个不同的高度测量它。

它不是世界上最灵敏的量子引力传感器，但它是第一批离开实验室的传感器之一。在一项实际测试中，这款类似沙漏的引力计检测到了埋在英国伯明翰一条道路下的公用设施隧道。

该研究的共同作者英国伯明翰大学的物理学家凯邦斯告诉空间网站， "据我们所知，我们的仪器是第一个已经在实验室环境之外相关土木工程来检测地下目标的的仪器，这确实是使量子技术实用化的突破"。

新的引力计可以成为一个映射地下建筑特征的绝佳工具。

这些引力计不仅限于在地球上使用。事实上，欧洲航天局已经有兴趣将它们带到发射台。欧空局的下一代地球观测卫星可能会携带这样的传感器，测量地下水、世界海洋的环流以及这些东西如何受到气候变化的影响。

邦斯告诉空间网站， "这可能会扩展到对太阳系中其他行星的探索，更多地了解它们的内部结构"。

发送引力计来研究其他世界并不是什么新鲜事。2012年，美国宇航局的GRAIL使命派出了一对航天器来映射月球的引力场并剥掉它的表面。该使命以前所未有的精度探测了月球内部的层，研究了撞击盆地下的物质，并发现了可能使地下洞穴的特征。

现在，如果欧洲航天局的兴趣有任何指示，这些下一代引力计可以被用来发现月球或其他星球上的地下水，比如火星。

研究人员于2月23日在《自然》杂志上发表了他们的工作。

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https://www.space.com/atomic-hourglass-sensitivity-breakthroug