利用宇宙中最冷的物质来测量世界上最小的磁场

silvanapalacios和Simon Coop，这篇论文的合著者，在ICFO实验室操纵实验装置。出处：ICFO

磁强计测量的方向，强度或相对变化的磁场，在一个特定的点在空间和时间。磁强计应用于许多研究领域，可以帮助医生通过医学成像观察大脑，或者帮助考古学家在不挖掘地面的情况下揭示地下宝藏。

一些非常有趣的磁场，例如大脑产生的磁场，非常弱，比地球磁场弱10亿倍，因此，需要非常灵敏的磁强计来探测这些弱磁场。为此，人们发明了许多奇特的技术，包括超导装置和激光探测原子蒸气。即使是使钻石有颜色的杂质也被用作磁性传感器然而，到目前为止，所有这些技术的灵敏度都停留在同一水平上，这意味着一些磁信号太微弱而无法检测。

物理学用一个叫做每带宽能量分辨率的量来描述这种限制，写为ER，一个组合空间分辨率，测量的持续时间和感测区域的大小。大约在1980年，磁传感器达到了超导水平ER= ħ从那以后，没有一个传感器能做得更好(ħ，发音为“h bar”，是基本普朗克常数，也称为作用量子）。

能量超过极限

发表在PNAS公司ICFO的研究人员Silvana Palacios，Pau Gómez，Simon Coop和Chiara Mazzinghi，由ICREA教授Morgan Mitchell领导，与来自阿尔托大学的Roberto Zamora合作，报告了一部小说磁强计这是第一次实现了每能量带宽的能量分辨率远远超过这个极限。

在这项研究中，研究小组使用单畴玻色-爱因斯坦凝聚体来制造这种奇特的传感器。这种冷凝物是由铷原子组成的，在近乎完美的真空中通过蒸发冷却冷却到纳米开尔文温度，并通过光阱抵抗重力。在这种超低温下，原子形成了一种磁超流体，它对磁场的响应与普通指南针相同，但可以在零摩擦或零粘度的情况下重新定向。因为这个，一个非常小的磁场会导致冷凝物重新定向，使微小的磁场可以检测到。研究人员表明，他们的玻色凝聚磁强计已达到每带宽的能量分辨率ER=0.075ħ，比以前任何技术都要好17倍。

质量优势

有了这些结果，研究小组证实了他们的传感器能够探测到以前无法探测到的磁场。这种灵敏度可以通过更好的读出技术进一步提高，或者使用由其他原子组成的玻色-爱因斯坦凝聚体。玻色爱因斯坦凝结水磁强计在研究材料的物理性质和寻找宇宙暗物质方面可能直接有用。

最重要的是，研究结果表明ħ这并不是一个难以逾越的极限，这也为其他极为敏感的磁强计打开了大门。这一突破对于神经科学和生物医学来说是很有趣的，在那里，对极弱、短暂和局部磁场的探测可以使大脑功能的新方面的研究成为可能。