vai al contenuto della pagina vai al menu di navigazione
 

Measurement of the Gravity-Field Curvature by Atom Interferometry

The second derivative of the gravitational field generated by a test mass of the order of 500kg has been measured for the first time using an atomic interferometer

The second derivative of the gravitational field generated by a test mass of the order of 500kg has been measured for the first time using an atomic interferometer. Each interferometer consists of a cloud of about 104 87Rb atoms laser-cooled to 3 mK. Every atom here behaves as an ideal 2-levels system which is initially prepared in a pure state and then manipulated with laser pulses implementing a sort of Mach-Zehnder interferometer for matter waves. From the transition probability between the two states the local value of the gravitational field can be determined with high resolution and precision.

Measuring higher order derivatives of the gravitational field is important in geological prospection since allows discriminating between close and light objects against far away and heavier ones. This work has been reviewed here and here and published in http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.013001

The figure shows part of the data analysis. Without entering in too much detail, the experimental points of the three interferometer should be on an ellipse in 3D space. The three 2D projections give informations on the difference of the gravitational field between each couple of interferometers.

DOI code: 10.1103/PhysRevLett.114.013001

DIFA authors: Marco Prevedelli

Misura della curvatura del campo gravitazionale mediante interferometria atomica

La derivata seconda del campo gravitazionale generato da una massa dell'ordine di 500kg è stata misurata per la prima volta utilizzando un triplo interferometro atomico. Ogni interferometro consiste di una nuvola di circa 104 atomi di 87Rb raffreddati tramite laser a una temperatura dell'ordine di 3 mK. Ogni atomo si comporta come un sistema a 2 livelli inizialmente preparato in uno stato puro e poi manipolato tramite impulsi laser per realizzare l'equivalente atomico di un interferometro (ottico) di Mach-Zehnder. Dalla misura della probabilità di transizione tra I due stati si risale con grande precisione al valore locale del campo gravitazionale.

La misura di derivate di ordine superiore del campo   gravitazionale ha rilevanti applicazioni pratiche nel settore della prospezione geologica perché permette di distinguere tra un oggetto di piccola massa vicino e uno di grande massa lontano. Il lavoro è stato recensito qui e qui e pubblicato qui: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.013001

In figura parte dell'analisi dei dati. Senza scendere in troppi dettagli, i punti sperimentali si dispongono su di un'ellisse nello spazio. Le 3 proiezioni bidimensionali danno informazioni sulla differenza di campo gravitazionale misurata dalle tre coppie di interferometri.

Codice DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.013001

Autori DIFA : Marco Prevedelli