时在线,魔法师- 100实验在能源部的费米国家加速器实验室的本质及其后继者将探索引力波和搜索特定类型的波状的暗物质。但首先,研究者需要找出最基本的东西:如何获得良好的照片的原子云的核心实验。
研究员能源部SLAC国家加速器实验室发现任务将在超低光也许最终的运动摄影。
但SLAC团队,包括斯坦福大学研究生车厢上载着桑哈畅和Murtaza Safdari SLAC Ariel施瓦茨曼教授和科学家迈克尔·卡根,肖恩·Gasiorowski Vandegar,约瑟Frish发现一个简单的方法:镜子。通过镜子dome-like配置在一个对象,他们可以反射更多的阳光朝向镜头,同时图像对象的多个方面。
团队的报道《仪器,还有一个额外的好处。因为现在相机采集对象的观点从许多不同的角度,系统是“光场成像”的一个例子,也不仅捕捉光的强度哪个方向光线旅行。结果,镜像系统可以帮助研究人员构建一个三维模型的一个对象,例如一个原子云。
“我们推进成像试验,就像是魔法师- 100年最新的成像模式有了这个系统,“Safdari说。
一个不寻常的摄影的挑战
100米长的类似原子梯度仪干涉型传感器,或者魔法师- 100是一种新型的实验被安装在一个垂直轴在能源部的费米国家加速器实验室。被称为原子干涉仪,它将利用量子现象来检测通过一波又一波的超轻型暗物质和自由落下的锶原子。
实验者将发布的锶原子云的真空管轴的长度,然后把激光照射到自由落下的云。每个锶原子就像一波,激光发送这些原子波量子态的叠加,其中一个继续原来的路径而另一个是踢高得多。
当再次,海浪创建锶原子波的干涉图样,类似于涟漪的复杂模式跳过岩石后,出现在一个池塘。这个干涉图样敏感东西之间的相对距离变化对量子波或内部原子的属性,可能受到暗物质的存在。
看到干扰模式,研究人员将真正意义上的锶原子云的照片,其中有许多的挑战。锶云本身很小,大约只有一毫米宽,和细节,研究人员需要看到是一毫米的十分之一。相机本身必须坐外室,透过窗口在一个相对较长的距离看到云在锶。
但真正的问题是光。照亮锶云,实验者将照射激光的云。然而,如果激光太强烈,它可以摧毁科学家们希望看到的细节。如果不够强烈,光从相机的云太暗。
“你只会收集尽可能多的光线落在镜头,“Safdari说,“这不是很多。”
镜子来救援
一种想法是使用大光圈,或开放,让更多的光线进入相机,但是有一个权衡:大光圈创建摄影师称之为缩小景深,只有一条狭窄的图片是焦点。
另一个可能性是锶原子的位置更多的摄像机在云。这可能会收集更多的核能光,但这需要更多的窗户,或者或者,拟合腔内的摄像头,没有太多空间一大堆相机。
解决方案出现,施瓦茨曼说,在实验室里在一次头脑风暴会议。他们思想碰撞,科学家乔弗里施了镜子的想法。
“你可以做的是反映光旅行离开云回相机镜头,”郑说。因此,相机不仅可以收集更多的光,还多个视图对象从不同的角度,其中每个出现在原始照片作为一种独特的黑色背景的职位。不同的图像集合,团队意识到,意味着他们已经设计出一种所谓的“光场成像”,可以重建一个原子云的三维模型,而不仅仅是一个二维图像。
3 d打印一个主意
在实验室指导研究和发展的支持下格兰特,畅和Safdari镜子想法,跑,设计一系列的小镜子,可以重定向光从一个原子周围云回相机。使用一些代数,文中卡根和Vandegar,开发的软件团队计算正确的立场和角度,使云的镜子把许多不同的图像在相机上的焦点。该小组还开发了计算机视觉和人工智能算法使用二维图像进行三维重建。
的东西,似乎明显的回想起来,但花了很多思想实现,施瓦茨曼说。“当我们第一次提出这个,我们认为,人们必须这样做过,”他说,但事实上它的小说,该集团已经在设备上申请了专利。
来测试这个想法,畅和Safdari和3 d打印模型支架拿着镜子,然后捏造micro-3D打印荧光对象,阐述了“母鹿”从不同角度观察。他们用镜子拍了张照片对象的圆顶和显示他们可以,事实上,从不同的角度收集光并保持所有的图像的焦点。更重要的是,他们的3 d重建非常准确,它显示一个小缺陷制造的“母鹿”对象的“E”——一只手臂稍微向下弯曲。
研究人员说,下一步是建立一个新版本测试在一个较小的原子干涉仪在斯坦福大学,这将产生第一个原子云的3 d图像。版本的镜像圆顶会坐在外面包含原子云室,如果这些测试是成功团队将建立一个不锈钢版本的镜子支架适用于真空条件在一个原子干涉仪。
施瓦茨曼说,想法,昌明,Safdari和其他团队开发物理实验之外的可能是有用的。“这是一个新颖的设备。我们的应用程序是原子干涉测量法,但它在其他应用程序中可能是有用的,”他说,质量控制等小物件制造工业。
参考:畅,弗里希JC Gasiorowski年代,等。新型光场成像设备与增强的光收集冷原子云。J本月。2022;17(08年):P08021。doi:10.1088 / 1748 - 0221/17/08 / P08021
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