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探索量子世界,美国将建成世界上最大的原子干涉仪

  近日,斯坦福大学和美国能源部SLAC国家加速器实验室合作,提出了一个新的光场成像系统,可以一次性拍摄物体的多个视图:该设计能够对大小为1mm 3  的物体进行单次断层扫描,重建3维(3D)分布和无法从任何单一视角单独访问的特征。原子干涉实验中的冷原子云成像是这种新型设备的关键应用,增强的光收集、高景深和3D断层扫描重建可以为表征原子云提供新的技术[1]。
  8月18日,研究成果以《用于冷原子云的增强集光的新型光场成像装置》为题[2],发表在《仪器仪表杂志》上。
  01
  世界最大原子干涉仪   在芝加哥郊区、密歇根湖以西约34英里处的地面上有一个竖井,纵深约330英尺;该竖井是多年前为进行中微子实验而建造的:为了探索量子物理学的各个方面,科学家们将原子组放入真空管中,然后是激光束。   如今,科学家们将把竖井重新用于费米实验室的MAGIS-100项目[3]——"物质波原子梯度仪干涉传感器"项目,MAGIS-100将最先进的10米级原子干涉仪的成熟技术与世界上最好的原子钟技术相结合。 除了启用新的量子实验之外,MAGIS-100还将为未来的千米级探测器提供开发平台,该探测器的灵敏度足以探测来自已知来源的引力波。   当MAGIS-100项目完成后,物理学家计划用它来探测隐藏的宝藏:暗物质,这被认为构成了宇宙大部分的、神秘不可见的东西;引力波,由黑洞碰撞等宇宙冲击引起的时空涟漪。他们希望通过观察雨滴大小的锶原子云上留下的量子特征,来找到这些以往难以捉摸的现象踪迹。   建成后,MAGIS-100原子干涉仪将成为世界上最大的。但它仍然缺少一个关键组件:一个合适的相机。   MAGIS-100原子干涉仪   02
  新成像技术:最大限度捕获原子、保留方向信息   但实际上观察这些原子比我们想象的要棘手。 为了完成类似的实验,迄今为止,物理学家一直依赖与智能手机上的相机相媲美的相机。虽然此类技术可能适用于日落或美味的食物拍摄,但它限制了物理学家在原子水平上可以看到的东西。   "手机相机/数码单反相机并不关心光从哪里传播:它捕捉光子的强度和波长反射的颜色,仅此而已。用此类相机为家人、城市天际线或大峡谷拍照,这一切都很好。但是对于研究原子,它还有很多不足之处。最重要的是,丢掉了很多光。"斯坦福大学物理学研究生、论文作者之一Murtaza Safdari说。   传统成像技术折叠视图。物体被放置在离镜头中心有一定距离的x,偏离镜头的焦平面(lens center),而焦平面离镜头有一定距离F。在物体和焦平面之间引入一个平面镜,产生一个位于焦平面上的虚拟物体,这个虚拟物体被镜头聚焦到传感器上。这限制了镜子的几何形状,优先收集光线会危及成像系统解决干涉条纹特征的能力,给原子干涉测量带来了挑战。   因此,研究小组创造了一种独特的相机装置,它依赖于一个"圆顶镜子"。额外的反射有助于他们看到什么光进入镜头,并判断某个光斑来自哪个角度。他们希望,这将使他们能够以前所未有的方式观察原子云。   为了一次实验获得尽可能多的信息,一种方法是设置多个摄像头,允许它们从多个角度拍摄照片、并拼接在一起以获得更详细的视图。尽管,这可以很好地通过五台相机配合使用;但是一些物理实验需要如此精确的测量,即使是一千个相机也可能无法做到这一点。因此,斯坦福的研究人员决定着手制作自己的系统来解决这个问题。"我们的想法基本上是:我们能否尝试并完全捕获尽可能多的信息,并保留方向信息?"Safdari说。   他们最终的原型由现成的和3D打印的组件制成,看起来像一个浅圆顶,内部点缀着一系列像镜子一样的小点。该图案似乎形成了一种有趣的同心圆错觉,但它经过精心计算,可以以最大限度增加照射到相机的光线。   成像演示器的概念验证3D模型。(a,b)镜子左边和右边的黑色部分分别是"前"板和"后"板。(c)放大图。(d)没有"前"板的放大图。   3D打印技术构建的相机原型(demonstrator)。   03
  实现高清成像,有望应用于MAGIS-100项目   未来,团队希望将上述成像系统应用于MAGIS-100项目的拍摄对象——锶原子云。来自外部激光束的短暂闪光将从镜面点上散射开来,以无数个角度穿过云层。镜头会捕捉到所产生的反射,以及它们是如何与分子相互作用的、从哪些"点"上反弹下来。然后,根据这些信息,机器学习算法可以将原子云的三维结构拼接起来。目前,这种重建需要很多秒;在一个理想的世界里,它将仅需要几毫秒,甚至更少。但是,就像用于训练自动驾驶汽车适应周围世界的算法一样,研究人员认为,他们的计算机代码性能将得到改善。   虽然作者们还没来得及在原子上测试相机,但他们确实通过扫描一些适当大小的样品部件进行了尝试:3D打印的字母形状的碎片与他们打算使用的锶液滴大小相同。他们拍摄的照片非常清晰,他们可以找到小字母D、O和E与他们的预期设计不同的缺陷。   从测试对象的6000万像素图像中提取的训练视图,在一次拍摄中完成。   训练(真实)视图,与机器学习后重建的相应视图的比较。真实拍摄的图像和其生成的对应图像之间的结果几乎是相同的。   "对于像MAGIS-100这样的原子实验,这种设备与市场上的任何其他设备都是不同的。"加州SLAC国家加速器实验室的物理学家、斯坦福大学设备的共同创造者Ariel Schwartzman说:"最先进的只是照相机、商业相机和镜头。他们在照片设备目录中寻找能够同时从多个角度看到原子云的相机。"   参考链接:   [1]https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/17/08/P08021   [2]https://www.popsci.com/science/particle-physics-custom-camera/   [3]https://magis.fnal.gov/

充29。9元得100元话费?多个App存在消费陷阱充29。9元得100元话费?多个App存在消费陷阱律师互联网广告主应对广告内容真实性负责日前,多名消费者投诉称,在多个App内看到29。9元充值100元话费广告,但随后充值时遇到问深入聊聊CookieSession和Token此文主题和脉络结构如下Cookie和SessionHTTP协议是一种无状态协议,即每次服务端接收到客户端的请求时,都是一个全新的请求,服务器并不知道客户端的历史请求记录Sessio抗美援朝战争打了三年,美军到底伤亡多少?萨沙问答第134集作者萨沙本文章为萨沙原创,谢绝任何媒体转载抗美援朝战争打了三年,美军到底伤亡多少?萨沙问答第134集关于伤亡数字,目前没有太多争议的地方。美国官方和民间早已公布详细数据,精确到个位伊索寓言狼和牧羊人(中英双语)狼围着羊群逡巡了很久,牧羊人忧心忡忡地看顾着,好不让他叼走羊。但狼并没有试图做什么伤害。相反,他似乎在帮着牧羊人放羊。最终牧羊人完全习惯了看见狼在身边出现,忘记了他有多邪恶。一天,人,一辈子人,一辈子!担着责任辛苦劳作,背着压力努力生活。无论多难,都要勇往直前,不管多苦,都得咬牙奋斗。不干,衣食住行怎么办?不拼,身后家人谁来管?人,一辈子!省吃俭用为了存钱,精打细算不JeffersonNunn与3DOS的JohnDogru在街区周围在最新一期的与JeffersonNunn同行中,Jefferson采访了3DOS的JohnDogru。John是数字制造IP安全和简化3D打印工作流程方面的思想领袖。毕业于硅谷顶级唐DM强烈推荐油耗超低油耗描述模板在纯电动模式下续航里程与三擎四驱版保持一致。而在大家最关心的油耗方面,比亚迪官方标称的百公里综合油耗在8。8L左右,根据很多车主的反馈。当然这是比较省油的,混动版的百公懒,是一切罪恶的根源从小就被大人教导要勤快,不要懒。儿时,只要不想动,不想做,就会挨骂,被打那也是常有的事儿。都说小孩儿像一块橡皮泥,你把它捏成一条龙,长大了便可以腾云驾雾你把它捏成一头猪,他以后便只下乡偶感今天与同事到乡下去,本来郁郁寡欢的我在车子驶入盘山公路时,瞬间清醒百倍。山路的曲折蜿蜒将我的大脑搅拌得迷糊也好,山间的清风吹走我烦忧也罢。在车子抵达山岗时,我竟然有些释然了。山间的常思常想,灵活变通每个人都有自己的事业,认定了就坚定,就要付之热情去专研和学习。真正地热爱一件事情,并不容易,但总觉得喜欢写东西是人生的一件幸事,因为写自己想写的,是一件幸福满足的事情。写作是为了什笑着让步人生,想要活着不累,就别斤斤计较,凡事都掺和一脚进去,能不累吗?凡事都拿捏着不肯放手,能不累吗?人心要是太狭隘,也没有人愿意肯跟你来往,人生不大度,小肚子鸡肠,只会让人嫌弃。Lif
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