ЯМР повышенной точности может перевернуть инерциальную навигацию и продвинуть поиск тёмной материи

…Благо ядерный магнитный резонанс — поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, — распространён повсеместно.

Команда физиков из Университета Индианы в Блумингтоне (США) использовала ЯМР-установку корпорации Northrop Grumman для поиска ЯМР в поляризованном ксеноне-129 и ксеноне-131. Применяя длительную релаксацию (до двадцати секунд), учёные получили точные соотношения частот ядерного магнитного резонанса частиц, нечувствительных к флуктуациям магнитного поля.

j1.jpg Рис. 1. Cхема экспериментальной установки. Размер основной камеры равен 2 мм. (Иллюстрация IU).

Используя стандартные теоретические предсказания для определения вклада спина нейтрона в угловой момент ядра атома ксенона, авторы работы смогли поднять верхнюю границу чувствительности ЯМР на два порядка для масштаба менее миллиметра, притом что дальнейший потенциал улучшения методики оценивается ещё в два порядка.

Для чего нужна столь высокая точность? Майк Сноу (Mike Snow) и его коллеги поясняют, что

такая технология, например, пригодна для создания навигационной системы нового типа, использующей спин-поляризованные ядра атомов (ксенона-129 и ксенона-131) как гироскопы атомарного масштаба, всегда указывающие в одном направлении. В силу малых размеров и сверхнизкого энергопотребления такими инерциальными системами навигации можно будет оснащать даже самые компактные БПЛА и ЛА в зонах, где GPS недоступна или подавляется средствами радиоэлектронной борьбы. Эту линию исследований, разумеется, подхватила Northrop Grumman.

Ну а сами физики больше нацелены на поиск с помощью ЯМР сверхвысокого разрешения частиц тёмной материи с энергиями менее электронвольта, то есть более лёгких, чем одиночный протон, электрон или нейтрон. Ключевым в этом поиске они видят обнаружение аксиона. Пока для этого нужно дополнительно поднять чувствительность процесса, для чего готовятся средства защиты ядер ксенона от сторонних магнитных полей с помощью немагнитных материалов, таких как галлий и индий.

j2.jpg Рис. 2. Микро-ЯМР-гироскоп (micro-NMRG), разрабатываемый Northrop Grumman по контракту с Управлением перспективных исследований Министерства обороны США (иллюстрация Northrop Grumman).

Как считают авторы, при

этом удастся достичь точности, которая позволит отличить реакцию на аксион более лёгкого изотопа ксенона от реакции более тяжёлого изотопа.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт можно увидеть здесь.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (8 votes)
Источник(и):

1. Университет Индианы в Блумингтоне

2. computerra.ru