حجر يُلقى يسقط بتسارع، ومن زمن السقوط يمكن حساب قوة الجاذبية. يكرر العلماء هذه التجربة مع سحابة من الذرات المبردة إلى ما يقارب الصفر المطلق. تسقط هذه السحابة في غرفة مفرغة، وتقسم نبضات الليزر موجاتها، مثل الضوء في مقياس التداخل (interferometer). من إزاحة الموجات تُقاس الجاذبية بدقة هائلة.
اقتُرح مؤخرًا ضغط سحابة الذرات قبل القياس لتقليل الضجيج الكمومي (quantum noise) — الاهتزاز الذي يعيق الدقة. كان الضغط يُجرى، لكن السحابة كانت تتمدد بسرعة، فيختفي التأثير. في العمل الجديد، تُضغط السحابة أولاً بدفعة قصيرة — كما يضبط المصور عدسته للحصول على صورة حادة. تزداد الكثافة، وتتفاعل الذرات بقوة أكبر، فيتعزز الضغط.
تم التحقق من النتيجة بمحاكاة حاسوبية. مع قوة الدفعة المثلى، تكون الدقة أفضل بمقدار 20 مرة من الحد الكمومي القياسي. وهذا أفضل بأربع مرات من المخطط السابق بدون دفعة. تفتح الطريقة الطريق أمام مقاييس جاذبية (gravimeters) أكثر دقة — أجهزة للبحث عن الخامات والفراغات تحت الأرض وللملاحة بدون أقمار صناعية.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.10948
Free-fall atom interferometers offer a powerful platform for accurate, absolute gravitational sensing. Szigeti et al. [Phys. Rev. Lett. 125, 100402 (2020)] recently proposed a quantum-enhanced scheme that uses a spin-squeezed Bose-Einstein condensate as an input state to improve the phase sensitivity of the interferometer. The spin squeezing, generated via one-axis twisting interactions, was limited by condensate expansion. Here we present an improved state preparation in which a sudden trapping potential -- a delta kick -- is initially applied to focus the condensate. The resulting increase in density enhances the one-axis-twisting interactions and produces greater spin squeezing. Using multimode truncated-Wigner simulations, we quantify the performance of the interferometer and find that, for an optimal kick strength, the phase sensitivity surpasses the standard quantum limit by a factor of $$\sim 20$$. This represents a fourfold improvement over the original scheme without the delta kick and is well captured by a two-mode approximation.
سحابة الذرات في التجربة أبرد من أبرد مكان في الفضاء: درجة حرارتها أعلى من الصفر المطلق بجزء من المليون من الدرجة فقط.