گرانی‌سنج مطلق اتمی سقوط آزاد
در دهه 1990 تولید اتمهای خنک شده تا دمای میکروکلوین امکانپذیر شد. اتمهای سرد دریچههای جدیدی را در فیزیک گشودند و منجر به انقلابی در حسگری اتمی شدند. دستگاههای اندازهگیری که از خواص کوانتومی بهره می‌برند، مانند ساعت‌های اتمی و یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی که برای تشخیص پزشکی بکار برده می‌شد مدتهاست که پیرامون ما وجود داشته‌اند، اما آنچه که به عنوان ابزار جدید درنظر گرفته می‌شوند، سیستم‌های کوانتومی جداگانه مانند اتمها و فوتون‌ها به‌طور فزاینده‌ای به عنوان کاوشگرهای اندازهگیری استفاده می‌شوند.
سقوط آزاد اتمها، توسعه گرانیسنجهای اتمی را امکانپذیر کرده است. استفاده از اتمهای سرد به عنوان جرم نمونه برای اندازهگیری گرانی ممکن شد و از ویژگی کوانتومی دوگانگی موج ماده (دوگانگی موج و ذره) اتمها، هم در استفاده به عنوان جرم نمونه و هم به عنوان موج برای اندازهگیری مسیر طی شده، استفاده شده است. دوگانگی موج و ذره بر این فرض استوار است که تمامی ذرات دارای هر دو خاصیت موجی و ذره‌ای هستند. این دوگانگی یکی از مفاهیم اصلی مکانیک کوانتومی است. در نقطه مقابل آن مفاهیم کلاسیک قرار دارند که ذرات را به صورت موج یا ذره در نظر می‌گیرند و از توصیف کامل رفتار ذرات با ابعاد کوانتومی عاجزند.
مزیت بزرگ دستگاههای اتمی عدم وجود قطعات متحرک و در نتیجه جلوگیری از سایش مکانیکی است. نتایج حاصل از تستهای آزمایشگاهی نشان میدهد که گرانیسنجهای اتمی دقت و صحتی مشابه گرانیسنجهای بالستیک کلاسیک را ارائه می دهند. همچنین گرانیسنجهای اتمی با نرخ نمونهگیری بالاتر یعنی تا چند هرتز اندازهگیری میکنند، که موجب کاهش اثر نویز خردلرزه میشود.
دانشمندان زیادی که در حال کار بر روی حسگرهای کوانتومی هستند، کمپانی‌های زیادی را برای تجاری کردن فناوری خود تاسیس کرده‌اند، اما تعداد کمی از آنها محصولاتی واقعی در بازار دارند. یکی از این کمپانی‌ها موکوانس muquans در فرانسه است. گرانی‌سنج کوانتومی موکوانس برخلاف گرانیسنجهای کلاسیک به نگهداری کم نیاز داشته و یا اصلا به نگهداری نیاز ندارد و می‌تواند شتاب ثقل را به طور مداوم با دقتی بهتر از 1 میکروگال اندازهگیری نماید. برای انجام عملیات‌های میدانی این دستگاه سبک و به اندازه کافی کوچک است. گراویمتر کمپانی‌ها موکوانس از استوانه‌ای با ارتفاع 70 سانتی‌متر و یک جعبه بزرگتر برای لیزرها و تجهیزات الکترونیکی تشکیل شده است و از دستگاههای کوانتومی قبلی کوچکتر بوده و غیرمتخصصان نیز می‌توانند با آن کار کنند. از آنجایی که این دستگاهها همچنان در حال توسعه هستند، دستاوردهای جدید در این زمینه ممکن است در آینده نزدیک آنها را بیشتر رقابتی کند.
در دهه 1990 تولید اتمهای خنک شده تا دمای میکروکلوین امکانپذیر شد. اتمهای سرد دریچههای جدیدی را در فیزیک گشودند و منجر به انقلابی در حسگری اتمی شدند. دستگاههای اندازهگیری که از خواص کوانتومی بهره می‌برند، مانند ساعت‌های اتمی و یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی که برای تشخیص پزشکی بکار برده می‌شد مدتهاست که پیرامون ما وجود داشته‌اند، اما آنچه که به عنوان ابزار جدید درنظر گرفته می‌شوند، سیستم‌های کوانتومی جداگانه مانند اتمها و فوتون‌ها به‌طور فزاینده‌ای به عنوان کاوشگرهای اندازهگیری استفاده می‌شوند.
سقوط آزاد اتمها، توسعه گرانیسنجهای اتمی را امکانپذیر کرده است. استفاده از اتمهای سرد به عنوان جرم نمونه برای اندازهگیری گرانی ممکن شد و از ویژگی کوانتومی دوگانگی موج ماده (دوگانگی موج و ذره) اتمها، هم در استفاده به عنوان جرم نمونه و هم به عنوان موج برای اندازهگیری مسیر طی شده، استفاده شده است. دوگانگی موج و ذره بر این فرض استوار است که تمامی ذرات دارای هر دو خاصیت موجی و ذره‌ای هستند. این دوگانگی یکی از مفاهیم اصلی مکانیک کوانتومی است. در نقطه مقابل آن مفاهیم کلاسیک قرار دارند که ذرات را به صورت موج یا ذره در نظر می‌گیرند و از توصیف کامل رفتار ذرات با ابعاد کوانتومی عاجزند.
مزیت بزرگ دستگاههای اتمی عدم وجود قطعات متحرک و در نتیجه جلوگیری از سایش مکانیکی است. نتایج حاصل از تستهای آزمایشگاهی نشان میدهد که گرانیسنجهای اتمی دقت و صحتی مشابه گرانیسنجهای بالستیک کلاسیک را ارائه می دهند. همچنین گرانیسنجهای اتمی با نرخ نمونهگیری بالاتر یعنی تا چند هرتز اندازهگیری میکنند، که موجب کاهش اثر نویز خردلرزه میشود.
دانشمندان زیادی که در حال کار بر روی حسگرهای کوانتومی هستند، کمپانی‌های زیادی را برای تجاری کردن فناوری خود تاسیس کرده‌اند، اما تعداد کمی از آنها محصولاتی واقعی در بازار دارند. یکی از این کمپانی‌ها موکوانس muquans در فرانسه است. گرانی‌سنج کوانتومی موکوانس برخلاف گرانیسنجهای کلاسیک به نگهداری کم نیاز داشته و یا اصلا به نگهداری نیاز ندارد و می‌تواند شتاب ثقل را به طور مداوم با دقتی بهتر از 1 میکروگال اندازهگیری نماید. برای انجام عملیات‌های میدانی این دستگاه سبک و به اندازه کافی کوچک است. گراویمتر کمپانی‌ها موکوانس از استوانه‌ای با ارتفاع 70 سانتی‌متر و یک جعبه بزرگتر برای لیزرها و تجهیزات الکترونیکی تشکیل شده است و از دستگاههای کوانتومی قبلی کوچکتر بوده و غیرمتخصصان نیز می‌توانند با آن کار کنند. از آنجایی که این دستگاهها همچنان در حال توسعه هستند، دستاوردهای جدید در این زمینه ممکن است در آینده نزدیک آنها را بیشتر رقابتی کند.
گرانی‌سنج مطلق کوانتوم Muquans بر پایه اتمهای سرد شده
منابع:
https://doi.org/10.1002/2017RG000566
مروری بر حسگرهای کوانتومی، پریناز سیف الدینی، حسین آقابابا