Jak znaleźć jedne z najzimniejszych obiektów we wszechświecie, być może nie będziesz musiał jechać bardzo daleko. Tam fizycy mogą używać laserów i magnesów do chłodzenia atomów do zdumiewającego stopnia poniżej 450 stopni Fahrenheita. Mogą używać tych ultrazimnych atomów do wykrywania najsłabszego pola magnetycznego w pomieszczeniu lub zbudować zegar z dokładnością do biliardowej części sekundy. Ale mogą nie być w stanie wynieść tych czujników lub zegarów z laboratorium, ponieważ są one często duże i delikatne.

Teraz zespół fizyków z University of Nottingham wykazał, że drukowane części 3D wykorzystywane w tych ultrazimnych eksperymentach kwantowych pozwalają zmniejszyć urządzenie do jednej trzeciej jego zwykłego rozmiaru. Ich praca, opublikowana w sierpniu w czasopiśmie Physical Review X Quantum, może otworzyć drzwi do szybszych i wygodniejszych metod oraz stworzyć mniejsze, bardziej stabilne i dostosowane ustawienia eksperymentów.

Ponieważ przestrzegają zasad mechaniki kwantowej, ekstremalnie zimne atomy wykazują nowe przydatne zachowania. Ultrazimne atomy to kluczowa technologia, którą można stosować w wielu różnych precyzyjnych instrumentach. John Kitching, fizyk z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii w Stanach Zjednoczonych, powiedział, że nie był zaangażowany w te badania.

Ultrazimne atomy to doskonałe czujniki czasu. Są doskonałymi czujnikami tego, co nazywamy siłami bezwładności, a więc przyspieszeniem i obrotem. Są doskonałymi czujnikami pola magnetycznego. To doskonałe czujniki podciśnienia, a jego kolega Stephen Eckel dodał, że też nie był zaangażowany w prace.

Dlatego fizycy od dawna starają się wykorzystać ultrazimne urządzenia atomowe w eksploracji kosmosu. W eksploracji kosmosu mogą pomóc w nawigacji, wykrywając zmiany przyspieszenia pojazdu, aż do hydrologii, gdzie mogą wykryć ziemię. Siła grawitacji na ziemi może dokładnie zlokalizować wody gruntowe. Jednak proces oziębiania atomów do wykonania któregokolwiek z tych zadań jest często skomplikowany i żmudny. Jako eksperymentator zimnych atomów zawsze byłem sfrustrowany, ponieważ spędzamy cały czas na rozwiązywaniu problemów technicznych. Nathan Cooper, fizyk z University of Nottingham i jeden ze współautorów badania. Mowić.

Kluczem do chłodzenia i kontrolowania atomów jest napromieniowanie ich precyzyjnie dostrojonym laserem. Ciepłe atomy poruszają się szybko z prędkością setek mil na godzinę, podczas gdy ekstremalnie zimne atomy są prawie nieruchome. Fizycy zapewniają, że za każdym razem, gdy wiązka lasera uderza w ciepły atom, światło uderza w niego w taki sposób, że atom traci trochę energii, zwalnia prędkość i staje się zimniejszy. Zwykle pracują na stole o wymiarach 5 x 8 stóp, pokrytym labiryntem luster i soczewek (elementów optycznych), kiedy światło pada na miliony atomów (zwykle rubidu lub sodu), będą kierować światłem i nim manipulować. przechowywane w specjalnej komorze ultrawysokiej próżni. Aby kontrolować położenie wszystkich ultrazimnych atomów w tym pomieszczeniu, fizycy używają magnesów; ich pola są jak płoty.

Te eksperymentalne urządzenia są małe w porównaniu do mil akceleratorów cząstek lub dużych teleskopów. Są jednak zbyt duże i zbyt delikatne, aby mogły być komercyjnym urządzeniem do użytku poza laboratoriami akademickimi. Fizycy często spędzają miesiące na ustawianiu każdego małego elementu w swoim optycznym labiryncie. Nawet lekkie potrząsanie lustrem i obiektywem, co może się zdarzyć na miejscu, oznacza poważne opóźnienia w pracy. To, co chcemy spróbować i zrobić, to zbudować coś, co można szybko wyprodukować i ma działać niezawodnie, powiedział Cooper. Dlatego on i jego współpracownicy zwrócili się w stronę druku 3D.

Eksperyment zespołu z Nottingham nie zajął całego stołu — ma on objętość 0.15 metra sześciennego, czyli nieco więcej niż stos 10 dużych pudełek po pizzy. Jest bardzo, bardzo mały. W porównaniu z tradycyjną konfiguracją zmniejszyliśmy rozmiar o około 70%, mówi Somaya Madkhaly, absolwentka z Nottingham i pierwsza autorka badania. Aby go zbudować, ona i jej koledzy uczestniczyli w bardzo konfigurowalnej grze Lego. Zamiast kupować części, montują swoje zestawy z bloków wydrukowanych w 3D, które pasują dokładnie do pożądanego kształtu.

Zamiast przetwarzać komorę próżniową mocnym, ale ciężkim metalem, zespół wydrukował ją z lżejszego stopu aluminium. Zamiast budować ogromny labirynt soczewek i luster, włożyli je do wspornika z nadrukiem polimerowym. Ta prostokątna część ma tylko 5 cali długości i 4 cale szerokości i jest bardzo wytrzymała, zastępując delikatny optyczny labirynt, który zwykle ma kilka stóp długości.

Ważne jest to, że zminiaturyzowany układ działał. Zespół umieścił 200 milionów atomów rubidu w swojej komorze próżniowej i przepuścił laser przez wszystkie elementy optyczne, powodując zderzenie światła z atomami. Temperatura próbki utworzonej przez atomy jest niższa niż 450 stopni Fahrenheita – tak jak to robili naukowcy z bardziej tradycyjnym sprzętem przez ostatnie 30 lat.

Dinkelaker zwrócił uwagę, że jedną z wielkich korzyści wynikających z drukowania 3D jest możliwość indywidualnego zaprojektowania każdego komponentu. Czasami masz tylko dziwnie ukształtowany widżet lub dziwnie ukształtowaną przestrzeń. Tutaj druk 3D może być dobrym rozwiązaniem” – powiedziała.

Lucia Hackermuller, inna współautorka artykułu, stwierdziła, że ​​wykonanie każdego elementu zgodnie z ich własnymi specyfikacjami pozwala na optymalizację. Chcemy najlepszego projektu, ale problem polega na tym, że zwykle mamy ograniczenia konstrukcyjne, powiedziała, ale jeśli używasz druku 3D, możesz wydrukować wszystko, co tylko przyjdzie Ci do głowy. W ramach procesu optymalizacji zespół wykorzystał opracowany przez siebie algorytm komputerowy, aby znaleźć najlepszą pozycję magnesu. Przeprowadzili również około 10 iteracji komponentów drukowanych w 3D, aż były całkowicie doskonałe.

Te nowe badania są postępem w zwiększaniu przystępności i dostępności tego narzędzia do podstawowych badań fizyki. Cooper powiedział, że mam nadzieję, że przyspieszy to standardowe eksperymenty z ultrazimnymi atomami i zdemokratyzuje je do pewnego stopnia, czyniąc je tańszymi i szybszymi w instalacji. Spekulował, że gdyby został uwięziony na bezludnej wyspie z zaledwie kilkoma soczewkami i lustrami, atomami rubidu i drukarką 3D, mógłby przejść od zera do w pełni funkcjonalnego urządzenia w ciągu około miesiąca — pięć lub sześć razy szybciej niż zwykle. Dla Madkhaly zaczynanie od zera może być czymś więcej niż wyimaginowaną sceną. Powiedziała, że ​​po ukończeniu studiów może wrócić do rodzinnej Arabii Saudyjskiej, aby wykorzystać druk 3D do rozpoczęcia nowych badań nad ultrazimnymi atomami. To bardzo nowa dziedzina – dodała.

Kitching przewiduje również, że narzędzia te będą używane poza środowiskiem akademickim, na przykład przez firmy produkujące czujniki kwantowe, które mogą wychwytywać pola magnetyczne lub grawitacyjne. Firmy te mogą nie zatrudniać naukowców wyszkolonych w fizyce kwantowej, ale to nie ma znaczenia. Wyobraził sobie, że zbudują linie montażowe, na których technicy będą składać sprzęt z komponentów drukowanych w 3D. Jeśli te urządzenia są wystarczająco stabilne, aby działać bez ciągłych regulacji, pracownicy nadal mogą z nich korzystać bez obaw.

Na przykład inżynierowie lądowi, firmy naftowe i gazowe, archeolodzy lub wulkanolodzy mogą używać komercyjnych ultrazimnych urządzeń atomowych do lepszego mapowania podziemnej topografii w oparciu o ekstremalną wrażliwość atomów na grawitację. Ultrazimne zegary atomowe mogą być używane do synchronizacji sieci transportowych lub telekomunikacyjnych lub do zabezpieczania transakcji finansowych w sytuacjach, gdy każda giełda lub transakcja wymaga bardzo precyzyjnego znacznika czasu.

Hackermueller i jej koledzy planują również dalszą optymalizację istniejących ustawień. Uważamy, że nie wykorzystaliśmy w pełni wszystkich możliwości druku 3D. Oznacza to, że nasza konfiguracja może być mniejsza, powiedziała – myślą, że mogą ją zredukować do prawie połowy obecnego rozmiaru. Cooper powiedział, zobaczymy, jakie są granice tego, co możesz z tym zrobić.

Link do tego artykułu: Druk 3D pomaga miniaturyzować ultrazimne eksperymenty kwantowe

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® zapewnia pełen zakres niestandardowej precyzji obróbka cnc Chiny usługi.Certyfikat ISO 9001:2015 i AS-9100. Szybka precyzja w 3, 4 i 5 osiach Obróbka CNC usługi w tym frezowanie, metalowa blacha zgodnie ze specyfikacją klienta, możliwość obróbki części metalowych i plastikowych z tolerancją +/- 0.005 mm. Usługi dodatkowe obejmują szlifowanie CNC i konwencjonalne, cięcie laserowe,wiercenie,odlewanie, blacha i cechowanie.Zapewnienie prototypów, pełnych serii produkcyjnych, wsparcia technicznego i pełnej kontroli.Służy motoryzacyjny, Aerospace, forma i oprawa, oświetlenie led,medyczny,rower i konsument elektronika branże. Dostawa na czas.Opowiedz nam trochę o budżecie Twojego projektu i przewidywanym czasie realizacji. Opracujemy z tobą strategię, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą ci osiągnąć swój cel, zapraszamy do kontaktu z nami ( sprzedaz@pintejin.com ) bezpośrednio do nowego projektu.