Nyt design til et lille, meget følsomt gravimeter, der kan fungere stabilt ved stuetemperatur

Et team af fysikere og ingeniører tilknyttet flere institutioner i Kina har udviklet en ny slags lille, meget følsomt gravimeter, der kan fungere stabilt ved stuetemperatur. I deres projekt, rapporteret i tidsskriftet Physical Review Letters, gruppen udviklede en strategi med to magneter, der brugte en laser til at måle ændringer i tyngdekraften.

Tyngdekraftsmålere har eksisteret i nogen tid. Desværre har de to hovedtyper ulemper - dem, der er baseret på små oscillatorer, har tendens til at ældes hurtigt, hvilket resulterer i tab af præcision. Og dem, der er baseret på superledende materialer, kræver kolde beholdere, hvilket betyder, at de bruger meget strøm og er svære at flytte rundt på. I denne nye indsats tog forskerholdet en ny tilgang.

De byggede en enhed med en stor magnet inde i et skab fastgjort til toppen i midten. De tilføjede derefter en mindre magnet under den og anbragte den i en feltafvisende grafitskal. Den modsatte magnetisme fik den mindre magnet til at svæve. Den lille frastødning resulterede også i lodrette svingninger – justering af mellemrummet mellem magneterne gjorde det muligt for teamet at reducere det til kun 1 Hz.

Holdet tilføjede derefter en ledning, der hang ned fra den større magnet - dens bevægelse, op eller ned, repræsenterede ændringer i tyngdekraften. Denne bevægelse blev målt ved hjælp af en lodret laser, der oplevede varierende grader af intensitet, da den blev blokeret af ledningen, mens den bevægede sig – måling af sådanne ændringer gjorde det muligt at beregne mængden af ​​tyngdekraft, som enheden oplever.

Holdet testede deres enhed ved at sætte den i et vakuumkammer i flere uger, så den kunne sætte sig. De brugte den derefter til at tage målinger af tyngdekraften fra månen og solen i løbet af de følgende fem dage. De sammenlignede derefter resultaterne med forudsagte værdier og fandt, at deres signal viste oscillationer, der repræsenterede variationer i gravitationsacceleration på op til omkring 10 ⁻⁷ af standardværdien, som de beskriver som meget nøjagtige.

Holdet beskriver deres arbejde som en proof-of-concept-enhed og foreslår, at yderligere arbejde sandsynligvis vil føre til forfining, hvilket igen skulle føre til endnu større præcision. De planlægger også at gøre enheden mere fysisk robust, så den kan tåle at blive flyttet fra sted til sted.

Flere oplysninger: Yingchun Leng et al., Måling af jordens tidevand med en diamagnetisk leviteret mikrooscillator ved stuetemperatur, Physical Review Letters (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.123601

Journaloplysninger: Physical Review Letters

© 2024 Science X Network