دانشمندان روش جدیدی ابداع کرده اند که با استفاده از اتم ها به عنوان قطب نما های بسیار دقیق پیشرفت قابل توجهی در اندازه گیری میدان های مغناطیسی حاصل می شود؛ دستاوردی که می تواند فناوری حسگر کوانتومی را متحول کند.
به گزارش خبرگزاری گولوپ به نقل ازIE این تحقیق قابلیت های اتم های بخار به دام افتاده را نشان می دهد. این اتم ها می توانند به طور همزمان تغییرات جزئی در قدرت و جهت میدان مغناطیسی را اندازه گیری کنند. این قابلیت اندازه گیری ترکیبی برای بسیاری از کاربرد ها ضروری است.
«سیندی ریگال» «Cindy Regal» استاد فیزیک و مجری این پژوهش می گوید: «اتم ها می توانند چیز های زیادی به شما بگویند. ما در حال داده کاوی از آنها هستیم تا به طور همزمان دریابیم آیا میدان های مغناطیسی در حال تغییر با مقادیر بسیار کم هستند یا خیر و همچنین جهت آن میدان ها به کدام سمت است.»
چالش های اندازه گیری میدان های مغناطیسی
میدان های مغناطیسی که در همه جا وجود دارند توسط هسته زمین و همچنین توسط فعالیت الکتریکی مغز انسان تولید می شوند. با این حال اندازه گیری دقیق جهت این میدان ها چالش برانگیز است؛ این به ویژه برای حسگر های اتمی نیز صدق می کند.
فناوری های فعلی مانند مغناطیس سنج های پمپ نوری (OPM) قادر به اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی هستند. با این حال تعیین جهت میدان به ویژه در محیط های بدون محافظ یک چالش قابل توجه محسوب می شود.
روش های سنتی کالیبراسیون که از سیم پیچ های فلزی استفاده می کنند محدودیت هایی دارند. این سیم پیچ ها مستعد تخریب و اعوجاج هستند که می تواند دقت اندازه گیری را تحت تأثیر قرار دهد.
استفاده از آنتن مایکروویو به عنوان مرجع
اکنون گروهی از محققان دانشگاه کلرادو بولدر در آمریکا از یک محفظه کوچک حاوی میلیارد ها اتم روبیدیم در حالت بخار استفاده کرده اند. هنگامی که میدان مغناطیسی به آن اعمال می شود اتم ها دچار تغییرات انرژی می شوند. محققان ز یک لیزر برای اندازه گیری دقیق این تغییرات استفاده کردند. این کار به آنها امکان داد تا جهت گیری میدان را تعیین کنند.
«داوسون هیوات» «Dawson Hewatt» یکی دیگر از مجریان این پژوهش گفت: «می توان هر اتم را به عنوان یک سوزن قطب نما در نظر گرفت و ما یک میلیارد سوزن قطب نما داریم که می تواند دستگاه های اندازه گیری بسیار دقیقی را بسازد.»
یک نوآوری مهم در رویکرد آنها استفاده از آنتن مایکروویو به عنوان مرجع است که از ثبات ذاتی اتم ها برای حفظ کالیبراسیون در طول زمان استفاده می کند.
این پژوهشگران در یک بیانیه مطبوعاتی اظهار داشتند: «اگر به یکی از اتم های این تیم با یک سیگنال مایکروویو ضربه بزنید ساختار داخلی آن به لرزش درمی آید؛ نوعی رقص اتمی که می تواند اطلاعات زیادی را در اختیار فیزیکدانان قرار دهد.»
ریگال افزود: «در نهایت می توانیم آن لرزش ها را بخوانیم که به ما درباره ی قدرت تغییرات انرژی که اتم ها تجربه می کنند اطلاعات می دهد و سپس جهت میدان مغناطیسی را مشخص می کند.»
وی خاطر نشان کرد: «این روش مشکلات مرتبط با شیوه های سنتی کالیبراسیون را از بین می برد. اتم ها همیشه یکسان هستند و همین ویژگی بنیادی آنها را برای کاربرد های پیشرفته در حسگری بسیار مناسب می سازد.»
دقت و کاربرد های بالقوه
دانش پژوهان موفق شدند با این روش جدید در آزمایش های خود به دقت بالایی دست یابند و جهت میدان مغناطیسی را با دقتی نزدیک به یک صدم درجه تعیین کنند.
اگرچه این روش نیازمند اصلاحاتی است اما کاربرد های بالقوه قابل توجهی نیز دارد. محققان پیشنهاد می کنند از این قطب نما های اتمی می توان برای تصویربرداری از مغز و حتی اهداف ناوبری استفاده کرد.
آیا شما به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد "اندازه گیری فوق دقیق میدان های مغناطیسی با استفاده از اتم های قطب نما " هستید؟ با کلیک بر روی اقتصادی، به دنبال مطالب مرتبط با این موضوع هستید؟ با کلیک بر روی دسته بندی های مرتبط، محتواهای دیگری را کشف کنید. همچنین، ممکن است در این دسته بندی، سریال ها، فیلم ها، کتاب ها و مقالات مفیدی نیز برای شما قرار داشته باشند. بنابراین، همین حالا برای کشف دنیای جذاب و گسترده ی محتواهای مرتبط با "اندازه گیری فوق دقیق میدان های مغناطیسی با استفاده از اتم های قطب نما "، کلیک کنید.
