Квантовый гравитационный датчик, способный осуществлять подземное картирование
Группа исследователей из Бирмингемского университета опубликовала свои результаты по разработке и использованию квантовых датчиков гравитации в журнале Nature. Ученые успешно составили «карту» туннелей в реальных условиях на глубине одного метра под поверхностью Земли, утверждая, что они являются первыми в мире.
Соавтор исследования, профессор Кайбонс, получивший стипендию в Центре сенсоров и времени квантовых технологий в Великобритании, был в восторге от полученных результатов. «Это «эврихемский момент», который изменит общество, человеческое понимание и экономику», — сказал он в заявлении Бирмингемского университета.
Впервые ученые смогли заставить «квантовый гравитационный градиентометр» или «квантовый гравиметр» работать в реальных условиях. Другими словами, устройство может измерять изменения гравитации, используя принципы квантовой физики. (Неактивные) гравитационные датчики уже существовали, но они были очень чувствительны к колебаниям Земли, что затрудняло получение точных результатов. Эти устройства необходимо регулярно переобучать, и для получения результатов требуется много времени.
По словам исследователей, с помощью новой «квантовой» версии результаты могут быть получены в десять раз быстрее и с меньшими затратами. Прибор также может быть использован для устранения известных неисправностей, влияющих на точность предыдущих гравиметров. На сегодняшний день ученые смогли «составить карту» туннелей, зарытых на глубину земли за пределами лаборатории.
Основная идея заключается в том, что работа гравиметра фактически не «меняется». Он всегда должен измерять ускорение силы тяжести в определенном месте. Это позволяет определить изменение силы тяжести. Существует несколько типов гравиметров. Возьмем самый «простой» для понимания: пружинный гравиметр.
Читайте также: Квантовый гравитационный датчик, способный осуществлять подземное картирование
Группа исследователей из Бирмингемского университета опубликовала в журнале Nature результаты разработки и использования квантовых датчиков гравитации..
В этом приборе груз прикрепляется к пружине, которая растягивается под действием силы тяжести. Затем определяется изменение силы тяжести, которой достаточно для измерения изменения удлинения пружины. Сила гравитации зависит от массы Земли и, следовательно, находится под ее воздействием. Это может зависеть от того, что находится под ней.
Квантовые гравиметры работают примерно так же, но используют принципы квантовой физики. Физика изучает явления, происходящие на атомном или субатомном уровне.
Когда мы говорим о квантовых датчиках, мы имеем в виду датчики, использующие усиленные квантовые эффекты, такие как суперпозиция и нарушение», — говорит Бонгс. Квантовая суперпозиция — это идея о том, что квантовая частица может находиться в двух состояниях одновременно или может перемещаться по двум путям одновременно. Фактически, разница между этими двумя способами может привести к квантовой интерференции, когда они, наконец, объединяются. И это позволяет нам считывать причину разницы с очень высокой степенью точности», — объясняет он.
В более широком смысле, в квантовой гравиметрии ученые используют атомы вместо гирь или пружин. Облака атомов рубидиана (RB) «сбрасываются», и изменение притяжения гравитационного поля, действующего на эти атомы, измеряется с помощью лазеров вдоль двух различных орбит. Создание и последующее сочетание этих двух методов называется «атомной интерферометрией».
Чем больше объект, тем больше разница в притяжении, обусловленная структурами, расположенными под землей, или большей разницей в плотности, связанной с окружающей средой. Таким образом, как и в случае с обычными гравиметрами, наблюдение за этими различиями может в конечном итоге «нанести их на карту». С другой стороны, благодаря тому, что это квантовый гравиметр, многие паразитные параметры могут быть преодолены и сделаны быстрее и точнее.
Археология без раскопок
«Благодаря этому прорыву мы можем покончить с зависимостью от плохих записей и удачи в исследованиях, строительстве и ремонте. Мы знаем об Антарктиде больше, чем о нескольких метрах на наших улицах», — говорит Кай Бонд.
Уже сейчас существует множество вариантов использования этого устройства. В археологии — возможность составления карт подземных пространств, находок и наблюдений без находок. В инженерном деле — это изучение перед началом земляных работ для строительства состояния почвы. Также было предложено использовать его для поиска природных ресурсов, что гораздо проще. Исследователи также считают, что их инструмент может помочь в прогнозировании стихийных бедствий, таких как извержения вулканов.
