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新方法利用叠加态原子测量引力 有助了解暗物质“性格”

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在光学腔驻波加持下,处于量子叠加态的原子克服地球引力悬浮空中。图片来源:物理学家组织网

  科技日报北京11月11日电 (记者刘霞)美国科学家在最新一期《科学》杂志发表论文称,他们发现了一种利用叠加态原子测量引力的新方法。该方法不仅可用于测量两个物体之间的引力,还有助于了解暗物质的“性格”,检验等效原理等物理思想。

  目前,测量引力的标准方法是将物体置于屏蔽管内,在它们沿管下滑时对其进行测量。但此类方法只能让研究人员短暂一窥引力作用,而且还经常因为磁场干扰而功亏一篑。

  在最新研究中,科学家找到了一种不需要利用物体掉落而测量引力的方法。

  在新方法中,加州大学伯克利分校的研究小组首先朝小腔室内释放出一团铯原子,然后用闪光灯让其中几个原子处于叠加态,接着用激光施加“定身咒”,让这些处于叠加态的原子保持在固定位置,且每对原子中一个原子略高于其“同伴”。然后,他们测量了每个原子的波粒二象性。波粒二象性会受到引力的影响,叠加态原子对中的两个原子与地球的距离不同,导致引力对其波粒二象性的影响不同,研究人员可通过波粒二象性的差异测量出引力。

  新方法的最大优点是,由于被测原子是固定的,研究人员可以长时间进行观测。这个方法还可用于测量两个物体之间的引力,例如大理石对一个原子的引力。此外,由于测量设备很小,所以更容易屏蔽来自随机磁场的干涉。

  研究人员称,借助这一方法,或许可以制造出便携式引力测量设备,用来测量地球上不同位置的引力,从而识别出矿藏。这一新方法也有望让科学家厘清暗物质的“性格”,或者验证等效原理等其他物理思想。

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