如果我们的星球可以被切开并被视为一个横截面,科学家们将能够发现更多关于地下的东西? 但这实际上是不可能的,因此他们必须依赖各种其他方法。
一种新方法刚刚在现场得到验证:一种最近开发的称为量子重力梯度计的设备已被用来成功发现埋在地下一米(略多于 3 英尺)的隧道。
典型的重力传感器通过比较相同光波位置的细微差异来工作。 这对于大型结构来说效果很好,但对于较小的隐藏物体来说,地面、设备的摇动和摇动,甚至随机的热振动都会使细节变得越来越难以辨认。
量子重力传感器添加了一个滤波器,利用自由落体超冷云中原子的波状性质,从根本上提高了传感器的分辨率。 重力如何影响这些原子的几乎难以察觉的差异揭示了下面地面的成分,突出了地面上的间隙,例如隧道。
实验设置。 (Stray 等人,《自然》2022)
“这是感知领域的‘爱迪生时刻’,它将改变社会、人类理解和经济,”物理学家凯·邦斯说,来自英国伯明翰大学。
“有了这一突破,我们就有可能在探索、建造和修复时结束对不良记录和运气的依赖。此外,目前看不见的地下地图现在又向前迈出了重要一步,结束了我们对更多信息了解的情况。南极洲比我们街道下方几英尺的地方还要多。”
新仪器是一种原子干涉仪? 这些设备的开发已经超过 20 年。 面临的挑战是让它们的尺寸和形状能够实际部署在户外。
现在,量子重力梯度仪已经通过了实验室外的首次真实世界测试,它在我们需要知道地下有什么的任何场景中都有很大的用途。
例如,这可能为新的地铁系统奠定基础,或者试图预测火山喷发。 与许多现有的替代品相比,新仪器更便宜、更快、更全面,而且其绘图也应该更可靠。
特别是,该传感器擅长消除振动、温度变化和磁场变化的干扰? 所有这些都会使设备很难弄清楚地下有什么。
“检测矿山巷道、隧道和不稳定地面等地面状况对于我们设计、建造和维护住房、工业和基础设施的能力至关重要,”地球物理学家乔治·塔克韦尔说,来自伯明翰大学。
“这项新技术所代表的改进能力可以改变我们绘制地面地图和交付这些项目的方式。”
虽然这个“进入地下的新窗口”已经投入使用,但在可探测的结构的大小和深度以及结构的密度与周围环境的差异程度方面仍然存在一些限制。
该设备的开发将继续进行,研究人员相信它在未来可以变得更加便携和用户友好。 该传感器背后的团队表示,通过进一步研究,它的灵敏度可能会提高 100 倍。
研究人员在他们的论文中写道:“预计这种性能将在未来 5-10 年内在实用仪器中实现。”发表论文。
该研究发表于自然。