Des chercheurs du JILA et du NIST ont développé une technique permettant d’atténuer le rebond atomique dans les mesures quantiques en utilisant les interactions d’échange de quantité de mouvement au sein du système de cavités. Cette percée peut grandement améliorer Précision Les capteurs quantiques permettent de nouvelles découvertes en physique quantique.

En raison du rebond atomique, mesurer avec précision les états énergétiques des atomes individuels constitue un défi historique pour les physiciens. quand atome interagit avec un PhotonL’atome « ​​rebondit » dans la direction opposée, ce qui rend difficile la mesure précise de la position et de l’impulsion de l’atome. Ce rebond pourrait avoir de grandes implications pour la détection quantique, qui détecte des changements infimes dans les paramètres, par exemple en utilisant les changements dans les ondes gravitationnelles pour déterminer la forme de la Terre ou même détecter la matière noire.

Ana Maria Rey et James Thompson, boursiers JILA et NIST, Murray Holland, boursier JILA, et leur équipe ont proposé un moyen de surmonter ce rebond atomique en démontrant un nouveau type d’interaction atomique appelée interaction d’échange d’impulsion, dans laquelle les atomes échangent leur impulsion en échangeant photons correspondants. Les détails de la recherche ont été publiés dans un nouvel article de la revue les sciences.

À l’aide d’une cavité – un espace clos constitué de miroirs – les chercheurs ont observé que le recul atomique était supprimé par les atomes échangeant des états énergétiques dans cet espace étroit. Ce processus a créé une absorption collective d’énergie et réparti le recul entre toutes les particules.

Les atomes à l’intérieur de la cavité optique échangent leurs états de quantité de mouvement en « jouant au catch » avec les photons. Lorsque les atomes absorbent les photons du laser appliqué, c’est l’ensemble du nuage d’atomes qui rebondit plutôt que les atomes individuels. Crédit : Stephen Burrows/Collections Holland, Ray et Thompson

En utilisant ces résultats, d’autres chercheurs peuvent concevoir des cavités pour atténuer les rebonds et autres influences externes dans un large éventail d’expériences, ce qui pourrait aider les physiciens à mieux comprendre les systèmes complexes ou à découvrir de nouveaux aspects de la physique quantique. La conception améliorée de la cavité pourrait également permettre des simulations plus précises de la supraconductivité, comme dans le cas de la jonction Bose-Einstein-Condensate-Bardeen-Cooper-Schrift (BEC-BCS) ou des systèmes physiques à haute énergie.

Pour la première fois, il a été observé qu’une interaction d’échange de quantité de mouvement induisait une dynamique de torsion sur un axe (OAT), un aspect de l’intrication quantique, entre les états de la quantité de mouvement atomique. La farine d’avoine agit comme une tresse quantique pour enchevêtrer différentes particules, chaque état quantique étant tordu et lié à une autre particule.

Auparavant, l’OAT n’était observée que dans les états internes des atomes, mais désormais, avec ces nouveaux résultats, on pense que l’OAT induite par l’échange de quantité de mouvement peut aider à réduire le bruit quantique provenant de plusieurs atomes. La capacité à intriguer les états de quantité de mouvement pourrait également conduire à des améliorations de certaines mesures physiques réalisées par des capteurs quantiques, par exemple Ondes gravitationnelles.

Profitez du réseau de densité

Dans le cadre de cette nouvelle étude, inspirée des recherches antérieures de Thompson et de son équipe, les chercheurs ont examiné les effets de la superposition quantique, qui permet à des particules telles que des photons ou des électrons d’exister simultanément dans plusieurs états quantiques.

« Dans ce [new] Project, tous les atomes partagent le même signe de spin ; « La seule différence est que chaque atome est dans une superposition de deux états d’impulsion », a expliqué Chenjie Luo, étudiant diplômé et premier auteur.

Les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient mieux contrôler le rebond atomique en forçant les atomes à échanger des photons et leurs énergies associées. Comme dans un jeu de balle au prisonnier, un seul atome peut « lancer » une « balle au prisonnier » (un photon) et celle-ci rebondit dans la direction opposée. Cette balle douteuse pourrait être attrapée par un deuxième atome, ce qui provoquerait le même rebond à ce deuxième atome. Cela annule les rebonds subis par les deux atomes et les fait en moyenne pour l’ensemble du système de cavités.

Lorsque deux atomes échangent des énergies photoniques différentes, le paquet d’ondes résultant (la distribution des ondes de l’atome) forme en superposition un graphique d’impulsion connu sous le nom de réseau de densité, qui ressemble à un peigne fin.

Ajouta Lou. « La formation d’un réseau de densité indique deux états d’impulsion [within the atom] Ils sont tellement « cohésifs » les uns avec les autres qu’ils peuvent intervenir [with each other]Les chercheurs ont découvert que l’échange de photons entre les atomes provoquait la connexion des paquets d’ondes des deux atomes, de sorte qu’il ne s’agissait plus de mesures distinctes.

Les chercheurs peuvent stimuler l’échange de quantité de mouvement en explorant l’interaction entre le réseau de densité et la cavité optique. Étant donné que les atomes échangent de l’énergie, tout rebond provoqué par l’absorption des photons était dispersé parmi l’ensemble de la communauté des atomes plutôt que parmi les particules individuelles.

Suppression du décalage Doppler

En utilisant cette nouvelle méthode de contrôle, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient également utiliser ce système d’atténuation de la rétrodiffusion pour aider à atténuer un problème de mesure distinct : le décalage Doppler.

Le décalage Doppler, un phénomène de la physique classique, explique pourquoi une sirène ou un klaxon de train change de tonalité lorsqu’il passe devant l’auditeur ou pourquoi certaines étoiles apparaissent rouges ou bleues sur les photographies du ciel nocturne. Il s’agit du changement de fréquence de l’onde lorsqu’elle passe par l’auditeur. La source et l’observateur se rapprochent (ou s’éloignent) l’un de l’autre. En physique quantique, le décalage Doppler décrit le changement d’énergie d’une particule dû au mouvement relatif.

Pour des chercheurs comme Lu, le décalage Doppler peut être un défi à surmonter pour obtenir une mesure précise. « Lorsque les photons sont absorbés, le rebond atomique entraînera un décalage Doppler de la fréquence des photons, ce qui constitue un gros problème lorsque l’on parle de spectroscopie précise », a-t-il expliqué. En simulant leur nouvelle méthode, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient surmonter les biais de mesure dus au décalage Doppler.

Enchevêtrement des échanges d’élan

Les chercheurs ont également découvert que l’échange de quantité de mouvement entre ces atomes peut être utilisé comme une forme d’intrication quantique. Comme l’explique John Wilson, un étudiant diplômé du groupe de Holland : « Lorsqu’un atome tombe, son mouvement vibre à la fréquence de la cavité, ce qui encourage les autres atomes à ressentir collectivement le mécanisme de rétroaction et les incite à corréler son mouvement à travers des oscillations partagées. »

Pour tester davantage cet « enchevêtrement », les chercheurs ont créé une plus grande séparation entre les états de quantité de mouvement des atomes, puis ont catalysé l’échange de quantité de mouvement. Les chercheurs ont découvert que les atomes continuaient à se comporter comme s’ils étaient connectés. « Cela suggère que les deux états d’impulsion oscillent l’un par rapport à l’autre comme s’ils étaient reliés par un ressort », a ajouté Luo.

En ce qui concerne l’avenir, les chercheurs prévoient d’explorer davantage cette nouvelle forme d’intrication quantique, dans l’espoir de mieux comprendre comment elle peut être utilisée pour améliorer différents types de dispositifs quantiques.

Référence : « Les interactions d’échange d’impulsion dans l’interféromètre atomique de Bragg empêchent le décalage Doppler » par Chengyi Lu, Haoqing Zhang, Vanessa B. W. Koh et John D. Wilson, Angjun Chu, Murray J. Holland, Anna Maria Rhee et James K. Thompson, le 2 mai 2024, les sciences.
est ce que je: 10.1126/science.adi1393

Cette recherche a été soutenue par le Département américain de l’énergie, l’Office of Science, les Centres nationaux de recherche en sciences de l’information quantique et le Quantum Systems Accelerator.

Le 8 mai 2024, l’astéroïde géocroiseur 2024 dinars Nous aurons une rencontre très rapprochée mais sûre avec la Terre. Elle approchera une distance de 278 000 km, soit environ 72 % de la distance lunaire moyenne. Nous l’avons remarqué à mesure qu’il s’approchait de nous.

L’image ci-dessus provient d’une seule exposition de 120 secondes, prise à distance à l’aide du viseur. Celestron C14 + Paramount ME + SBIG ST8-XME Une unité robotique est disponible dans le cadre du projet Virtual Telescope. Le télescope suit le mouvement apparent de l’astéroïde et il apparaît comme un point lumineux pointu, indiqué par une flèche blanche, tandis que les étoiles laissent des lignes lumineuses en arrière-plan.

Au moment du tournage, l’astéroïde 2024 dinars Il se trouvait à environ 750 000 kilomètres de nous et se rapprochait lentement de la Terre. Cet astéroïde a été découvert par le Panstarrs Survey Le 1er mai 2024.

Ce gros astéroïde, mesurant entre 8,2 et 18 mètres de long, atteindra sa distance minimale (environ 278 000 km, soit 72 % de la distance lunaire moyenne) de nous le 8 mai 2024, à 13h34 UTC (Source : NASA/JPL). Bien entendu, il n’y a aucun risque pour notre planète.

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Deux astronautes de la NASA devraient se rendre à la Station spatiale internationale à bord d’un nouveau vaisseau spatial.

Le Boeing Starliner décollera de Cap Canaveral, en Floride, pour son premier vol d’essai habité.

La mission a été retardée de plusieurs années en raison de revers dans le développement du vaisseau spatial.

En cas de succès, elle deviendra la deuxième entreprise privée capable d’assurer le transport d’équipages vers et depuis la Station spatiale internationale, aux côtés de SpaceX d’Elon Musk.

La NASA ne souhaite plus posséder et exploiter de tels véhicules, préférant désormais acheter le service auprès du secteur commercial.

Le décollage prévu est fixé lundi à 22h34 heure locale (03h34 GMT mardi).

Mais le lancement représente aussi un moment de danger pour Boeing. Son activité aéronautique est sous pression En raison d’une série d’accidents. Le secteur spatial de l’entreprise est également sous surveillance suite aux difficultés rencontrées dans le développement du Starliner lui-même.

Le Dr Simeon Barber, scientifique spatial à l’Open University, a déclaré : « C’est vraiment un grand jour pour Boeing. »

« La société travaille sur le vaisseau spatial depuis longtemps, et elle a eu quelques problèmes lors des vols d’essai et il y a beaucoup de travail là-dessus. »

Le Starliner devait initialement effectuer son premier vol d’essai sans pilote en 2015, mais cela a été reporté à 2019. Lorsque cela s’est produit, un problème logiciel a provoqué un dysfonctionnement de l’horloge interne, provoquant une surchauffe des propulseurs. Tant de carburant a été consommé que la capsule n’a pas pu atteindre la station spatiale.

Une deuxième tentative était prévue pour août 2021 mais a de nouveau été reportée à mai 2022. Un problème avec le système de propulsion a été imputé. Lorsque Starliner a finalement quitté la Terre, il a pu accomplir pleinement sa mission, mais des inquiétudes ont ensuite été soulevées quant aux performances de certains dispositifs de propulsion et du système de refroidissement du véhicule.

La correction de ces erreurs et de problèmes supplémentaires liés à la sécurité des câbles et des parachutes a ramené la première démonstration habitée là où nous en sommes aujourd’hui.

La NASA et Boeing n’auraient pas donné leur feu vert aux astronautes pour la mission s’ils n’étaient pas sûrs que toutes les erreurs avaient été résolues. Le lancement sera annulé s’il y a des signes de problèmes avec le vaisseau spatial.

Lors d’une conférence de presse avant le vol, un journaliste a expliqué aux astronautes formés par la Marine que les revers devraient rendre leur voyage « effrayant » pour les amis et la famille.

Barry « Butch » Wilmore a déclaré qu’il serait erroné de qualifier les différents problèmes techniques de « revers ».

Il a ajouté : « Nous les appelons à faire des pas en avant. Nous trouvons un problème et le corrigeons, et nous l’avons expliqué à nos familles pour qu’elles le comprennent. »

« Nous sommes tous ici parce que nous sommes tous préparés », a déclaré Sunita « Sonny » Williams, qui pilotera le vaisseau spatial. « Nos amis et notre famille en ont entendu parler, nous en avons parlé, et ils sont heureux et. fiers que nous le soyons. » Cela fait partie du processus de tout réparer.

Lorsque la NASA a annoncé que SpaceX et Boeing reprendraient les anciennes missions de la navette spatiale, elle leur a attribué un contrat similaire, qui mettrait leurs capsules en service et paierait ensuite six missions opérationnelles. Le contrat SpaceX valait 2,6 milliards de dollars, tandis que Boeing a reçu 4,2 milliards de dollars. SpaceX a pu effectuer des tests en vol avec équipage en 2020. Cela signifie que Boeing a quatre ans de retard. L’entreprise a également dépensé beaucoup d’argent pour redresser la situation.

Le Dr Barber a déclaré que SpaceX et d’autres startups avaient une nouvelle approche du développement technologique qui conduisait à davantage d’innovation.

« Vous avez une entreprise aérospatiale traditionnelle (Boeing) qui existe depuis longtemps et fait les choses d’une certaine manière, et vous avez une nouvelle entreprise aérospatiale qui a fait les choses d’une manière différente, en construisant, en testant, en brisant, en apprenant et en puis reconstruire, donc son cycle de développement est très rapide.

La détection d’erreurs lors des vols d’essai faisait partie du processus normal de développement d’un nouveau vaisseau spatial, a déclaré Mark Nappi, responsable du programme des équipages commerciaux de Boeing, aux journalistes lors d’une conférence de presse.

« La conception et le développement connaissent constamment des hauts et des bas, mais la pente globale est toujours en hausse et c’est là que nous en sommes aujourd’hui. Nous sommes fondamentalement au sommet de cette pente.

La mise en service du vaisseau spatial de Boeing impliquerait une concurrence avec SpaceX, ce qui réduirait les coûts, selon Libby Jackson, responsable de l’exploration spatiale à l’agence spatiale britannique.

« C’est vraiment important non seulement pour la NASA, mais aussi pour d’autres agences spatiales, comme l’Agence spatiale britannique, car nous dépensons l’argent des contribuables pour envoyer des astronautes vers l’ISS et nous voulons le meilleur rapport qualité-prix », a-t-elle déclaré.

Le Starliner mesure 5 m de long et 4,6 m (16,5 x 15 pi) de large lorsqu’il est connecté au module de service arrière. Elle est plus large que la capsule utilisée sur les missions Apollo. Il y a de la place pour jusqu’à sept astronautes, même si vous volerez probablement régulièrement avec seulement quatre. Il est censé être réutilisable et voler jusqu’à 10 fois.

Le lancement du vaisseau spatial mardi matin devrait le voir transiter par le sud-ouest du Royaume-Uni environ 20 minutes après le décollage.

Pendant le vol vers l’ISS, l’équipage testera les sièges, évaluera les systèmes de survie et de navigation à bord, ainsi que le système qui transporte le fret vers l’ISS.

Ils testeront également de toutes nouvelles combinaisons spatiales. Willmore et Williams porteront la combinaison bleue Boeing, qui est environ 40 % plus légère que les générations précédentes de combinaisons spatiales portées par les astronautes américains – et plus flexible. La combinaison comprend également des gants sensibles aux écrans tactiles, afin que les astronautes puissent travailler avec des tablettes dans le vaisseau spatial.

Le Starliner s’amarrera à la Station spatiale internationale pendant environ 10 jours avant de revenir sur Terre. Contrairement aux rentrées effectuées par les précédentes capsules américaines tombées à la mer, Starliner atterrira sur Terre quelque part dans le sud-ouest des États-Unis. Le bouclier thermique et les parachutes ralentiront l’atterrissage avant que les airbags ne se déploient pour amortir le moment de l’impact avec le sol.

Si tout se passe comme prévu, le Starliner sera certifié pour les missions régulières de l’équipage vers la Station spatiale internationale. Son prochain lancement – ​​probablement au début de l’année prochaine – transportera quatre astronautes ainsi que du matériel et des fournitures.

Il y a eu plus d’une centaine de missions habitées vers la Station spatiale internationale depuis le début de la construction en 1998. Mais selon Caleb Henry, du cabinet de conseil spatial américain Quilty, le lancement du Starliner représente un moment important dans l’histoire des vols spatiaux. .

« Nous entrons désormais dans une nouvelle ère d’exploration humaine », a-t-il déclaré à la BBC.

« Ce qui est passionnant, c’est le rôle croissant du secteur privé. Il accélère le rythme des voyages spatiaux, créant de nouvelles opportunités. »

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