آنا/  دانشمندان روش جدیدی ابداع کرده‌اند که با استفاده از اتم‌ها به عنوان قطب نما‌های بسیار دقیق، پیشرفت قابل توجهی در اندازه گیری میدان‌های مغناطیسی حاصل می‌شود؛ دستاوردی که می‌تواند فناوری حسگر کوانتومی را متحول کند.
 
کد خبر : ۹۵۵۶۴۰
 
به گزارش خبرگزاری آنا به نقل ازIE، این تحقیق قابلیت‌های اتم‌های بخار به دام افتاده را نشان می‌دهد. این اتم‌ها می‌توانند به طور همزمان تغییرات جزئی در قدرت و جهت میدان مغناطیسی را اندازه گیری کنند. این قابلیت اندازه گیری ترکیبی برای بسیاری از کاربرد‌ها ضروری است.

«سیندی ریگال» «Cindy Regal»، استاد فیزیک و مجری این پژوهش می‌گوید: «اتم‌ها می‌توانند چیز‌های زیادی به شما بگویند. ما در حال داده کاوی از آنها هستیم تا به طور همزمان دریابیم آیا میدان‌های مغناطیسی در حال تغییر با مقادیر بسیار کم هستند یا خیر و همچنین جهت آن میدان‌ها به کدام سمت است.»

چالش‌های اندازه گیری میدان‌های مغناطیسی 

میدان‌های مغناطیسی که در همه جا وجود دارند، توسط هسته زمین و همچنین توسط فعالیت الکتریکی مغز انسان تولید می‌شوند. با این حال، اندازه گیری دقیق جهت این میدان‌ها چالش برانگیز است؛ این به ویژه برای حسگر‌های اتمی نیز صدق می‌کند. 

فناوری‌های فعلی، مانند مغناطیس سنج‌های پمپ نوری (OPM)، قادر به اندازه گیری قدرت میدان مغناطیسی هستند. با این حال، تعیین جهت میدان، به ویژه در محیط‌های بدون محافظ، یک چالش قابل توجه محسوب می‌شود.


روش‌های سنتی کالیبراسیون که از سیم پیچ‌های فلزی استفاده می‌کنند، محدودیت‌هایی دارند. این سیم پیچ‌ها مستعد تخریب و اعوجاج هستند، که می‌تواند 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 میلیارد‌ها اتم روبیدیم در حالت بخار استفاده کرده‌اند. هنگامی که میدان مغناطیسی به آن اعمال می‌شود، اتم‌ها دچار تغییرات انرژی می‌شوند. 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: «می‌توان هر اتم را به عنوان یک سوزن قطب نما در نظر گرفت و ما یک میلیارد سوزن قطب نما داریم که می‌تواند دستگاه‌های اندازه گیری بسیار دقیقی را بسازد.»

یک نوآوری مهم در رویکرد آنها استفاده از آنتن مایکروویو به عنوان مرجع است که از ثبات ذاتی اتم‌ها برای حفظ کالیبراسیون در طول زمان استفاده می‌کند. 

این پژوهشگران در یک بیانیه مطبوعاتی اظهار داشتند: «اگر به یکی از اتم‌های این تیم با یک سیگنال مایکروویو ضربه بزنید، ساختار داخلی آن به لرزش درمی‌آید؛ نوعی رقص اتمی که می‌تواند اطلاعات زیادی را در اختیار فیزیکدانان قرار دهد.»

ریگال افزود: «در نهایت، می‌توانیم آن لرزش‌ها را بخوانیم، که به ما درباره‌ی قدرت تغییرات انرژی که اتم‌ها تجربه می‌کنند، اطلاعات می‌دهد و سپس جهت میدان مغناطیسی را مشخص می‌کند.»

وی خاطر نشان کرد: «این روش مشکلات مرتبط با شیوه‌های سنتی کالیبراسیون را از بین می‌برد. اتم‌ها همیشه یکسان هستند و همین ویژگی بنیادی، آنها را برای کاربرد‌های پیشرفته در حسگری بسیار مناسب می‌سازد.»

دقت و کاربرد‌های بالقوه

دانش پژوهان موفق شدند با این روش جدید در آزمایش‌های 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 کاربرد‌های بالقوه قابل توجهی نیز دارد. محققان پیشنهاد می‌کنند از این قطب نما‌های اتمی می‌توان برای تصویربرداری از مغز و حتی اهداف ناوبری استفاده کرد.