.Scientists Amplify the Universe’s Faintest Signals 1,000x to Reveal Dark Matter
http://blog.naver.com/mssoms
http://jl0620.blogspot.com
https://www.facebook.com/junggoo.lee.54
Starship version space science
.Scientists Amplify the Universe’s Faintest Signals 1,000x to Reveal Dark Matter
과학자들은 우주의 가장 희미한 신호를 1,000배로 증폭하여 암흑 물질을 밝혀내다
Amanda Morris, Northwestern University 저자2025년 2월 14일7개의 댓글5분 읽기 페이스북 지저귀다 핀터레스트 전보 공유하다 천체물리학 암흑 물질 분포 아트 일러스트레이션 물리학자들은 약한 힘에 대한 민감도를 극적으로 향상시켜 암흑 물질 탐색에 도움이 될 수 있는 고급 원자 간섭계를 개발했습니다. 출처: SciTechDaily.com 과학자들은 희미한 신호를 1,000배까지 증폭시킬 수 있는 획기적인 원자 간섭계를 개발했습니다 .
이는 기존 모델보다 50배 더 민감합니다. 레이저 펄스를 사용하여 원자를 조작하는 이 도구는 오랫동안 정밀도를 방해했던 불완전성을 교정합니다. 이 혁신을 통해 연구자들은 암흑 물질, 암흑 에너지, 중력파 에서 초미약한 힘을 감지하기를 바라고 있습니다 . 암흑 물질의 비밀을 풀다 암흑 물질이 존재한다면 일반 물질과의 상호 작용이 너무 약해서 가장 진보된 장비조차도 감지하기 어려울 것입니다.
이제 노스웨스턴 대학 의 물리학자들은 극히 약한 신호를 1,000배까지 증폭시키는 획기적인 도구를 개발했습니다. 이는 기존 기술보다 50배 향상된 것입니다. 원자 간섭계로 알려진 이 장치는 빛을 사용하여 원자를 조작하고 매우 작은 힘을 측정합니다. 빛 자체에 결함이 있는 이전 버전과 달리 이 새로운 간섭계는 이러한 결함을 스스로 교정하여 전례 없는 정밀도를 달성합니다. 포획된 스트론튬 원자가 간섭계 내부에 떠다닌다 차갑고 갇힌 스트론튬 원자의 구름이 원자 간섭계 안에 떠 있습니다. 1991년에 발명된 원자 간섭계는 중첩을 이용합니다.
중첩은 입자가 동시에 여러 상태로 존재할 수 있다는 양자 역학의 기본 원리입니다. 출처: 노스웨스턴 대학교
다크 매터와 그 외의 게임 체인저 이전에는 감지할 수 없었던 신호를 측정 가능하게 만듦으로써 이번 획기적인 발견은 과학자들이 암흑 물질 , 암흑 에너지 , 그리고 미지의 주파수에서 나타나는 중력파 와 같은 포착하기 힘든 현상과 관련된 초미약한 힘을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. "암흑 물질은 다소 당혹스러운 문제입니다."라고 Physical Review Letters 에 게재된 연구를 주도한 노스웨스턴의 티모시 L. 코바치가 말했습니다 . "우리가 일상생활에서 마주치는 평범한 물질은 우리가 매우 잘 이해하고 있기 때문에 이상한 이분법입니다.
하지만 그것은 우주의 물질의 15%에 불과합니다. 우리는 우주의 대부분을 구성하는 나머지의 본질을 모릅니다. 그래서 그것은 큰 불완전성일 뿐입니다. 원자 간섭계는 이런 종류의 암흑 물질을 찾는 데 큰 영향을 미칠 수 있습니다." 코바치는 노스웨스턴 와인버그 예술과학 대학의 물리학 및 천문학 조교수이며, 기초물리학 센터의 회원입니다. 원자 간섭계란 무엇인가? 1991년에 발명된 원자 간섭계는 양자 역학의 기본 원리인 중첩을 활용하는데, 이는 입자가 동시에 여러 상태로 존재할 수 있다는 것입니다. 이 경우 원자는 동시에 두 경로를 따라 존재하는 파동처럼 행동합니다. 원자 간섭계에서 레이저는 파동과 같은 원자를 두 개의 파동으로 분리하고, 그 파동을 두 개의 다른 경로로 보낸 다음 다시 결합합니다.
파동이 재결합하면 패턴을 만드는데, 이는 원자에 작용하는 힘을 보여주는 지문과 같습니다. 이 패턴을 연구함으로써 과학자들은 작고 보이지 않는 힘과 가속도를 측정할 수 있습니다. 코바치는 "원자 간섭계는 먼 거리에서 작은 진동을 측정하는 데 정말 좋습니다."라고 말했습니다. "우리는 암흑 물질이 얼마나 강한지 모르기 때문에 우리의 계측기가 가능한 한 민감하기를 원합니다. 우리는 아직 암흑 물질을 '보지' 못했기 때문에 그 효과가 매우 약할 것이라는 것을 알고 있습니다."
현재 악기의 과제 하지만 이렇게 작은 파동을 다룰 때는 전체 실험을 방해하는 데 많은 것이 필요하지 않습니다. 가장 작은 불완전성조차도 간섭 패턴에 오류를 초래할 수 있습니다. 예를 들어 단일 광자 만으로도 파동과 같은 원자의 경로를 탈선시킬 수 있습니다. 초당 1cm의 속도로 궤도를 이탈시킬 수 있습니다. "광자는 그렇게 많은 운동량을 지닐 수 없지만 원자는 그렇게 많은 질량을 가지고 있지 않습니다." 코바치가 설명했습니다. "원자 하나를 잃어도 세상이 끝난 것 같지는 않습니다. 하지만 원자 간섭계의 작은 신호를 증폭하는 능력을 높이기 위해 많은 레이저 펄스를 적용하면 이러한 오류가 합쳐집니다. 그리고 빠르게 합쳐집니다.
실제로 10번의 펄스 후에 신호가 사라지는 것을 보았습니다." 더 높은 정밀도를 위한 '자체 교정' 시스템 이러한 과제를 극복하기 위해 Kovachy와 그의 팀은 레이저 펄스 시퀀스를 신중하게 조율하는 새로운 기술을 개발했습니다. 머신 러닝 접근 방식을 활용하여 이 방법은 개별 광 펄스의 불완전성을 "자체 수정"합니다. 연구자들은 레이저 펄스의 파형을 제어함으로써 실험 설정의 불완전성으로 인해 발생하는 오류의 전반적인 영향을 줄였습니다. 시뮬레이션에서 모델을 테스트한 후, 코바치의 팀은 실험실에서 실험을 구축했습니다.
실험은 신호가 1,000배 증폭되었음을 확인했습니다. 원자 간섭계의 새로운 시대 "이전에는 레이저 펄스를 10개만 할 수 있었지만, 지금은 500개를 할 수 있습니다." 코바치가 말했다. "이것은 많은 응용 분야에서 획기적인 변화가 될 수 있습니다. 원자 간섭계는 전체 개체로서 각 레이저 펄스의 불완전성을 '자체 교정'합니다. 각 레이저 펄스를 완벽하게 만들 수는 없지만, 각 펄스의 불완전성을 교정하기 위해 펄스의 글로벌 시퀀스를 최적화할 수 있습니다. 이를 통해 원자 간섭계의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다."
참고문헌: Yiping Wang, Jonah Glick, Tejas Deshpande, Kenneth DeRose, Sharika Saraf, Natasha Sachdeva, Kefeng Jiang, Zilin Chen 및 Tim Kovachy의 "공명 원자 간섭계에서 천배 위상 증폭을 위한 다중 경로 간섭을 통한 견고한 양자 제어", 2024년 12월 11일, Physical Review Letters . DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.243403
댓글