Атомные интерферометры позволяют проводить сверхчувствительные измерения самых разных величин. Их работа основана на квантовых свойствах атомов, которые при достаточно низких температурах начинают вести себя подобно волнам — и потому могут интерферировать друг с другом.

С помощью атомных интерферометров, например, были проведены самые точные на данный момент измерения одной из фундаментальных констант современной физики — постоянной тонкой структуры. На их основе также построены самые чувствительные детекторы поворота.

В новой работе учёные показали, что атомный интерферометр может также с высокой точностью измерять наклон поверхности по отношению к горизонту — такие инструменты называют инклинометрами. При этом чувствительность инклинометра на основе холодных атомов оказалась достаточной, чтобы измерить изменение наклона земной поверхности, вызванного приливными силами.

В работе около миллиона атомов рубидия, охлаждённых до сверхнизкой температуры, запускались вверх по параболе. Через небольшой промежуток времени после запуска облако атомов разделяли на две части при помощи двух лазерных импульсов. При этом разделение проходило квантово-механически, то есть атомы переводились в когерентную квантовую суперпозицию двух состояний: основного и возбуждённого.

Наконец, в конце пути ещё двумя лазерными импульсами два состояния атомов объединялись обратно. При этом между ними возникала интерференция, по которой и определялся угол между направлением хода лучей лазеров и силой гравитации в данной точке. Это и было искомым наклоном.

Учёные показали, что чувствительность такого инклинометра почти в 1000 раз лучше, чем у предыдущих аналогичных устройств. Это позволило измерить с его помощью изменение наклона земной поверхности, вызванное приливными силами, действующими со стороны Луны. Для этого атомный интерферометр поместили в подземную лабораторию и проводили измерения в течение полутора дней.

Ссылка на работу: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.96.063606