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新方法利用疊加態原子測量引力

在光學腔駐波加持下,處於量子疊加態的原子克服地球引力懸浮空中。

美國科學家在最新一期《科學》雜誌發表論文稱,他們發現了一種利用疊加態原子測量引力的新方法。該方法不僅可用於測量兩個物體之間的引力,還有助於瞭解暗物質的“性格”,檢驗等效原理等物理思想。

目前,測量引力的標準方法是將物體置於屏蔽管內,在它們沿管下滑時對其進行測量。但此類方法只能讓研究人員短暫一窺引力作用,而且還經常因為磁場干擾而功虧一簣。

在最新研究中,科學家找到了一種不需要利用物體掉落而測量引力的方法。

在新方法中,加州大學伯克利分校的研究小組首先朝小腔室內釋放出一團銫原子,然後用閃光燈讓其中幾個原子處於疊加態,接著用激光施加“定身咒”,讓這些處於疊加態的原子保持在固定位置,且每對原子中一個原子略高於其“同伴”。然後,他們測量了每個原子的波粒二象性。波粒二象性會受到引力的影響,疊加態原子對中的兩個原子與地球的距離不同,導致引力對其波粒二象性的影響不同,研究人員可通過波粒二象性的差異測量出引力。

新方法的最大優點是,由於被測原子是固定的,研究人員可以長時間進行觀測。這個方法還可用於測量兩個物體之間的引力,例如大理石對一個原子的引力。此外,由於測量設備很小,所以更容易屏蔽來自隨機磁場的干涉。

研究人員稱,借助這一方法,或許可以製造出便攜式引力測量設備,用來測量地球上不同位置的引力,從而識別出礦藏。這一新方法也有望讓科學家釐清暗物質的“性格”,或者驗證等效原理等其他物理思想。