تبدیل زمین به یک آشکارساز غول پیکر توسط دانشمندان
رکنا: پروژه SQUIRE با هدف شناسایی تعاملات عجیب وابسته به اسپین، از حسگرهای کوانتومی فوقحساس در فضا استفاده میکند، جایی که سرعت و شرایط محیطی حساسیت را بهطور چشمگیری افزایش میدهد. این حسگرهای مداری از منبع عظیم اسپین قطبیشده زمین بهرهمند شده و از مدولاسیون سیگنال دورهای با نویز پایین استفاده میکنند. نمونه اولیهای مستحکم با مهندسی مقاوم در برابر تشعشع و فناوری پیشرفته کاهش نویز اکنون شرایط عملیات در فضا را دارا است. هدف نهایی، ایجاد شبکهای قدرتمند بین فضا و زمین است که قادر به کاوش ماده تاریک و پدیدههای فراتر از مدل استاندارد فیزیک باشد.
به گزارش گروه ترجمه رکنا به نقل از ساینس دیلی، با قرار دادن حسگرهای کوانتومی فوقحساس در مدار، پروژه SQUIRE بهبودهای چندین مرتبهای در شناسایی سیگنالهای فیزیک عجیب به دست میآورد و پایهای برای ایجاد شبکه جهانی و میانسیارهای آشکارسازی فراهم میکند که میتواند ذرات و نیروهای پنهان را آشکار سازد.
تعاملات میانذرهای عجیب، ۱۶ دسته دارند که ۱۵ مورد آنها به اسپین ذرات و ۱۰ مورد به سرعت نسبی وابسته است. این تعاملات میتوانند باعث تغییرات اندک در سطوح انرژی اتمی شوند و حسگرهای کوانتومی این تغییرات را بهصورت میدانهای شبهمغناطیسی شناسایی میکنند. ماموریت SQUIRE قصد دارد این حسگرها را روی سکویهای فضایی از جمله ایستگاه فضایی چین مستقر کرده و میدانهای شبهمغناطیسی تولیدشده از تعاملات عجیب بین حسگرها و ژئوالکترونهای زمین را اندازهگیری کند. با ترکیب دسترسی فضایی و ابزارهای دقیق کوانتومی، SQUIRE محدودیتهای آزمایشهای زمینی که در افزایش همزمان سرعت نسبی و تعداد اسپینهای قطبی مشکل داشتند را از بین میبرد.
محیط مدار پایین زمین مزایای قابلتوجهی دارد:
-
ایستگاه فضایی چین با سرعت ۷.۶۷ کیلومتر بر ثانیه در مدار پایین زمین حرکت میکند که تقریباً برابر سرعت مداری نخست و حدود ۴۰۰ برابر سریعتر از منابع آزمایشگاهی معمول است.
-
زمین بهعنوان یک منبع طبیعی عظیم اسپین قطبیشده عمل میکند؛ الکترونهای جفتنشده در گوشته و پوسته زمین، با میدان مغناطیسی زمین همراستا شده و حدود ۱۰^۴۲ الکترون قطبی فراهم میکنند، که ۱۰^۱۷ برابر بیشتر از منابع آزمایشگاهی SmCo5 است.
-
حرکت مداری باعث میشود نشانههای تعاملات عجیب به سیگنالهای دورهای تبدیل شوند که برای دوره مداری ~۱.۵ ساعت ایستگاه فضایی چین، مدولاسیون نزدیک به ۰.۱۸۹ میلیهرتز ایجاد میکند و نویز ذاتی کمتری نسبت به باندهای اندازهگیری DC دارد.
این مزایا باعث میشود دامنه میدانهای عجیب تا ۲۰ پیکوتسلا تحت محدودیتهای موجود افزایش یابد، در حالی که حساسیت آزمایشهای زمینی تنها ۰.۰۱۵ پیکوتسلا است. برای تعاملات وابسته به سرعت با برد بیش از ۱۰^۶ متر، حساسیت تا ۶ تا ۷ مرتبه افزایش مییابد.
نمونه اولیه حسگر کوانتومی برای عملیات فضایی ساخته شده است و سه نوآوری اصلی دارد:
۱. حسگر اسپین گاز نجیب دوگانه: با استفاده از ایزوتوپهای ۱۲۹Xe و ۱۳۱Xe با نسبت ژیرو مغناطیسی مخالف، نویز مشترک مغناطیسی حذف شده و حساسیت به سیگنالهای SSVI حفظ میشود؛ با پوشش چندلایه، اختلالات میدان مغناطیسی به زیر فمتوتسلا کاهش یافته است.
۲. فناوری جبران ارتعاش: ژیروسکوپ فیبر نوری ارتعاشات فضاپیما را ردیابی کرده و اصلاح فعال انجام میدهد تا نویز ارتعاش به حدود ۰.۶۵ فمتوتسلا برسد.
۳. معماری مقاوم در برابر تشعشع: محفظه آلومینیومی ۰.۵ سانتیمتری و تکرار سهگانه ماژولها، سیستم را در برابر پرتوهای کیهانی محافظت میکند و عملکرد حتی در صورت خرابی دو ماژول از سه ماژول ادامه مییابد.
با ترکیب این فناوریها، نمونه اولیه به حساسیت ۴.۳ فمتوتسلا در ۱۱۶۵ ثانیه دست یافته و برای شناسایی سیگنالهای SSVI با دوره مداری ۱.۵ ساعت مناسب است و پایه فناوری قوی برای جستجوی ماده تاریک در مدار ایجاد میکند.
شبکه کوانتومی فضا-زمین، حسگرهای مداری را به زمین متصل میکند و حساسیت بسیار بیشتری برای مدلهای مختلف ماده تاریک و دیگر پدیدههای فراتر از مدل استاندارد فراهم میآورد. این شامل تعاملات عجیب اضافی، هالههای آکسیون و مطالعات نقض CPT است.
حرکت سریع حسگرهای مداری، اتصال بین هالههای آکسیون و اسپین نوکلئونها را افزایش میدهد و حساسیت را ده برابر بیشتر از آزمایشهای زمینی میکند. در آینده، این رویکرد میتواند از سیارات دورتر مانند مشتری و زحل بهعنوان منابع بزرگ اسپین طبیعی استفاده کرده و کاوش فیزیک در مقیاسهای کیهانی گستردهتر را ممکن سازد.
ارسال نظر