روشی ابداع شده که دقت تداخل‌سنج‌های اتمی را افزایش می‌دهد؛ چیزی که منجر به بهبود اندازه‌گیری‌های نیرو و انرژی فراتر از مدل استاندارد می‌شود.

یک تداخل‌سنج اتمی نیروها و انرژی‌های بسیار کوچک را اندازه می‌گیرد. برای انجام چنین کاری ابتدا پرتویی از اتم‌ها را به دو شاخه تفکیک و سپس برای تشکیل یک الگوی تداخلی بازترکیب می‌کنند. وقتی نیرویی به شکل متفاوت به این دو شاخه عمل می‌کند، این الگو تغییر می‌کند. پژوهش‌گران می‌توانند با شتاب‌دادن اتم‌ها در یک شاخه نسبت به شاخه‌ی دیگر قبل از بازترکیب، دقت یک تداخل سنج را افزایش دهند. با این حال در عمل فوتون‌هایی که برای این افزایش استفاده می‌شوند عدم قطعیتی را به فاز اتم‌ها وارد می‌کنند که دقت تداخل‌سنج را کاهش می‌دهد. اکنون کاترین مک‌آلپین و همکارانش از دانشگاه واشنگتن روشی را برای انتقال کارآمد اندازه‌حرکت فوتون به اتم با کاهش عدم قطعیت به اثبات رسانده‌اند.

این تیم در آزمایش‌شان اتم‌های ایتربیوم را در یک شبکه‌ی اپتیکی نگه داشته‌اند که با تاباندن دو لیزر سبزرنگ بر اتم‌ها ایجاد شده است. آن‌ها اتم‌ها را در درون این شبکه‌ی اپتیکی قرار داده‌اند و همزمان بسامد لیزرهای بدام‌اندازنده را تغییر داده اند؛ چیزی‌که که موجب می‌شود فوتون‌ها اندازه‌حرکت را به اتم‌ها انتقال دهند. با تکرار این فرآیند توانسته‌اند اندازه‌حرکت ۴۰ فوتون را به هر کدام از اتم‌ها منتقل کنند.

این تیم دریافتند که وقتی دامنه‌ی امواج ایستاده‌ی به عمق موسوم به عمق جادویی می‌رسد، فاز اتم‌ها تحت تاثیر انتقال اندازه‌حرکت از فوتون‌ها به اتم‌ها قرار نمی‌گیرد. این شرطِ عمق جادویی تنها زمانی وجود دارد که دو لیزر بدام‌اندازنده در شدت ویژه‌ای تنظیم شوند و به اندازه‌ی یک بسامد معینی از هم فاصله داشته باشند. به گفته‌ی آن‌ها طرح ویژه‌ی تداخلی آن‌ها اندازه‌گیری‌های ثابت ساختار-ریز (آزمونی از نظریه‌ی الکترودینامیک کوانتومی) را ۱۶ برابر بهبود می‌بخشد. این روش می‌تواند برای آزمودن دقت گرانش نیز بکار رود.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو A انتشار یافته است.

نویسنده:

سوفیا چن نویسنده‌ی علمی آزاد در آریزوناست.

منبع: