ساخت رادار کوانتومی جدید با قابلیت شناسایی دقیق اجسام مدفون

فناوری رادار کوانتومی: نگاهی عمیق‌تر

این رادار نوین، نوعی حسگر کوانتومی است که از ویژگی‌های منحصربه‌فرد مکانیک کوانتومی برای انجام اندازه‌گیری‌های دقیق بهره می‌برد. اگرچه این نمونه هنوز در مراحل آزمایشی قرار دارد، پتانسیل عظیمی برای بهبود قابلیت‌های تصویربرداری زیرزمینی از خود نشان داده است.

قلب تپنده رادار: اتم‌های رایبدبرگ

بخش اصلی و کوانتومی این رادار شامل یک سلول شیشه‌ای است که با اتم‌های سزیم در دمای اتاق پر شده است. پژوهشگران با استفاده از لیزر، هر اتم سزیم را تا حدود ۱۰ هزار برابر اندازه معمول آن متورم می‌کنند، به گونه‌ای که تقریباً به اندازه یک باکتری می‌رسد. این حالت خاص، «اتم‌های رایبدبرگ» نامیده می‌شود.

هنگامی که امواج رادیویی با این اتم‌های متورم برخورد می‌کنند، آرایش الکترون‌ها در اطراف هسته آن‌ها تغییر می‌کند. پژوهشگران با تاباندن لیزر به این اتم‌ها و مشاهده نور ساطع‌شده، قادر به تشخیص این تغییرات هستند. در واقع، با تعامل اتم‌ها با موج رادیویی، رنگ نور خروجی تغییر می‌کند و با پایش این تغییر رنگ، اتم‌ها به گیرنده‌های بسیار حساس امواج رادیویی تبدیل می‌شوند.

یکی از مزایای کلیدی اتم‌های رایبدبرگ، توانایی آن‌ها در دریافت طیف گسترده‌ای از فرکانس‌های رادیویی بدون نیاز به تغییرات فیزیکی در دستگاه است. این ویژگی امکان می‌دهد تا یک رادار کوچک بتواند در چندین باند فرکانسی مختلف و برای کاربردهای گوناگون عمل کند.

آزمایش‌های میدانی و نتایج خیره‌کننده

متیو سایمونس، فیزیکدان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا و عضو تیم پژوهش، این رادار را در یک اتاق ویژه آزمایش کرد. این اتاق با دیواره‌ها، سقف و کف پوشیده از قطعات فوم نوک‌تیز طراحی شده بود که تقریباً تمام امواج رادیویی برخوردکننده را جذب می‌کنند. این محیط، شرایط یک فضای باز بزرگ را شبیه‌سازی کرده و امکان تست توانایی تصویربرداری رادار را بدون بازتاب‌های مزاحم از دیوارها فراهم می‌سازد.

دقت بی‌نظیر در شناسایی

در این آزمایش، یک فرستنده امواج رادیویی و گیرنده اتم‌های رایبدبرگ در اتاق قرار داده شد. امواج به اجسامی نظیر یک صفحه مسی به اندازه یک برگ کاغذ، تعدادی لوله و یک میله فولادی که در فاصله‌ای تا پنج متر قرار داشتند، تابانده شد.

این رادار توانست محل این اجسام را با دقت ۴.۷ سانتی‌متر مشخص کند.

تیم پژوهشی نتایج این مطالعه پیشگامانه را اواخر ژوئن در پایگاه پیش‌انتشار arXiv منتشر کرده است، که نشان‌دهنده گامی بزرگ در توسعه فناوری‌های شناسایی زیرسطحی است.