新开发的量子重力传感器可以探测到地球深处的地下水或隧道

新开发的量子重力传感器可以探测到地球深处的地下水或隧道，也可以用引力揭开太阳系的秘密!

量子重力传感器，用来探测重力对地球不同特征的影响，也可以用来探测一颗行星上的地下水或隧道。为了精确探测地球重力场的微小变化，这些传感器的超敏感版本可能会因轻微的振动而推迟，但英国伯明翰大学的一个团队表示，他们已经克服了这一问题。

这种新型的沙漏式重力测量装置被称为重力仪，它利用激光脉冲原子在两个不同的点上探测引力场。它已经被用来发现埋在地下约3英尺的隧道，未来还可以用来研究不适合人类居住的行星和卫星的地表下面。

量子重力传感器，用来探测重力对地球不同特征的影响，也可以用来探测一颗行星上的地下水或隧道

从太空向下观察，它可以用来了解金星云层中的天气模式，或者在月球或火星上发现地下水洞。在更实际的层面上，该团队表示，它可以减少与建设、铁路和公路项目有关的成本和延误，并有利于对火山爆发的预测。

英国研究小组的这项新工作标志着利用量子技术首次探测到地下隐藏的物体。

这是一个重要的里程碑，因为它是量子重力梯度仪在实验室条件之外的首次有效使用——在实验室条件下，振动可以最小化。量子重力梯度仪被用来在真实世界条件下发现一条埋在室外的隧道，赢得了在室外使用这项技术的国际竞赛。

该传感器的工作原理是利用量子物理原理在亚分子水平上的操纵性，从而探测微重力的变化。这一成功开启了一条商业之路，大大改善了对地底存在物质的测绘。

为了精确探测地球重力场的微小变化，这些传感器的超敏感版本可能会因轻微的振动而推迟

伯明翰大学冷原子物理系主任Kai bong教授说：“这是传感领域的‘爱迪生时刻’，它将改变社会、人类认知和经济。有了这项突破，我们有可能在探索、建造和修复的过程中，结束对糟糕记录和运气的依赖。此外，一份目前看不见的地下地图现在离我们更近了一步，结束了我们对南极洲的了解远超过街道下几英尺的情况。”

目前的重力传感器受到一系列环境因素的限制，特别是振动，限制了测量时间。如果这些限制能够得到解决，那么调查将变得更快、更全面、成本更低。

这项研究的主要作者、伯明翰原子干涉测量学的负责人迈克尔·霍林斯基博士开发的传感器-重力梯度仪-为在该领域成功应用量子技术，克服了振动和其他各种环境的挑战。该团队表示，这一突破使得重力测量变得更便宜、更可靠，而且可以比目前的技术快10倍。目前的重力传感器比较的是相同光波位置上的细微差别，这适用于大型结构，但不适用于隐藏物体。

这种新型的量子重力传感器包括一个过滤器，它利用了自由落体、超冷云中的原子波浪式特性。重力对原子的影响非常非常小，但足以显示出地下的组成，显示出隧道之类的空隙。

这种新型的沙漏式重力测量装置被称为重力仪，它利用激光脉冲原子在两个不同的点上探测引力场

RSK地球科学与工程主任乔治·塔克韦尔教授说：“探测诸如矿井、隧道和不稳定地面等地表条件，对我们设计、建造和维护房屋、工业和基础设施至关重要。这项新技术所代表的改进能力可以改变我们测绘地面和交付这些项目的方式。”

Gareth Brown博士是量子传感联合项目技术管理局和英国国防部要求国防科学技术实验室的高级首席科学家，他说精确和快速的测量微重力有很多意义，包括国防。随着重力传感技术的成熟，水下导航和地下探测的应用将成为可能。并且在轨道上也有用途，与地球观测卫星相连，欧洲航天局可以用它们来测量地下水、海洋循环以及隐藏系统对气候变化的影响。

Kai bong告诉Space.com网站说：“这可能会扩展到对太阳系其他行星的探索，了解更多关于它们的内部结构。”

NASA已经做到了这一点，在“圣杯”任务中向太空发射了重力仪，绘制了月球的引力场图，并对月球表面下进行了观测。它没有采用更先进的新型量子重力仪的形式，但仍能让天文学家以前所未有的精度观察月球内部的层次，甚至还能揭示可能存在地下洞穴的地方。如果这些新形式的重力仪中的一种进入太空，它就可以用来发现月球或火星上存在地下水的证据。

这项新发现已发表在《自然》杂志上。

在地球上探测地下深处的隧道

新型量子重力仪是如何工作的

该传感器的工作原理是利用量子物理原理检测微重力的变化。

这是基于在亚分子水平上的操纵性。

一对原子，用激光脉冲，并被发射到两个不同的点，影响一个引力场。

原子行为的细微变化，揭示了其基本结构。

为了克服振动的问题，这项新研究的研究人员创造了一个由两个灯泡组成的“沙漏”。

每一个都包含了一团在磁笼中的铷原子，用激光脉冲穿过磁笼。

有两个云意味着该设备有一对重力仪一起工作，而不是一个设备。

研究人员可以在两个不同的高度测量引力场，比较两者，并创造出更精确的结果。

关键优势

减少建设、铁路和公路项目的成本和延误。

改进了对火山爆发等自然现象的预测。

发现隐藏的自然资源和建筑结构。

在不破坏挖掘的前提下了解考古奥秘。

引力波被认为是时空结构中的波纹。例如，当黑洞相互环绕或星系合并时，它们就会产生

什么是引力波?

科学家认为宇宙是由“时空结构”组成的。

这与爱因斯坦1916年发表的广义相对论相一致。

宇宙中的物体会使这种结构弯曲，质量越大的物体会使其弯曲得越厉害。

引力波被认为是这种结构中的波纹。

例如，当黑洞相互环绕或星系合并时，它们就会产生。

引力波也被认为是在大爆炸期间产生的。

2016年，科学家首次探测到时空震动，这一发现被誉为“本世纪最大的科学突破”。

专家们说，引力波为观察宇宙和获得有关黑洞和中子星等神秘物体的知识打开了一扇“新门”。

作者：Ryan Morrison

原文链接：https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10599567/Quantum-gravity-sensors-developed-detect-pockets-ground-water.html