新型原子激光罗盘光学测定磁场方向

GPS和手机信号三角定位等现代技术已经让指南针在大多数普通人日常导航中变得有些鸡肋。但高灵敏度的指南针对于许多工业和科学应用来说是必需的,例如石油和矿产勘探、地震学,甚至航海(至少在紧急情况下)。因此,一种对昔日老式金属磁性指南针的精准升级——一种采用温度控制的原子和激光束——可能早已到来。

哈佛大学的研究人员想要一种不仅对磁场强度敏感,还能感知磁场方向的指南针。这样的指南针确实存在,但它们效果不佳;其读数的质量可能不稳定,使其充其量只能算作一种配件,而非精密工作中的主要工具。因此,研究团队致力于将一些古老的物理学原理转化为一种精密指南针,该指南针利用磁敏感原子来极其精确地测量磁场。

该指南针由一个多米诺骨牌大小的芯片组成,其中充满了加热到精确113度的铷-87原子。这些磁敏感原子在磁场存在时会以特定的方式定向。为了测量它们的取向,研究人员用一束线偏振光穿过原子云。通过测量从另一侧出来的光,该指南针可以确定作用于原子的磁场的强度和方向。

虽然这不是唯一一种利用激光和原子构思的指南针,但它是最精确的,至少根据设计它的哈佛团队的说法。在实验中,它测量了从低于地球磁场的值到比小型铁磁体更强的各种强度的磁场。它最大限度地减少了可能影响读数的干扰噪声,并且其低功耗需求优于以前的激光指南针。

这并不是说下一代iPhone将提供激光铷指南针,但通过进一步的实验和调整,此类仪器在不久的将来将大大提高地质勘探、地震预测和石油发现的准确性。

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