Promptの説明

冷原子干渉絶対重力計において、安定で純粋かつ制御可能な原子源は、精密測定実験全体の物理的な基礎であり、論理的な出発点である。システムが依存する極低温原子集団は、何もないところから生成されるのではなく、高温の原子蒸気を精密に操作し冷却することから始まる。したがって、原子源の主な役割は、その後のレーザー冷却およびトラップ段階の要件を満たす初期原子雲を提供することである。この初期条件は、磁気光学トラップ（MOT）で捕捉される原子の数、ローディングレート、およびシステムの長期安定性に直接影響を与え、最終的には干渉信号のコントラストと測定信号対雑音比に影響を与える。 最も伝統的で単純な原子源の方式は、アルカリ金属（ルビジウムやセシウムなど）を含むガラス球または金属チャンバーを使用し、室温またはわずかな加熱下での金属自体の飽和蒸気圧を利用して原子を供給することである。しかし、この方法には明らかな限界がある。原子フラックスを迅速かつ正確に制御することが難しい。高温によって発生する熱放射が真空システムの熱負荷を増加させる。さらに重要なことに、連続的な高フラックス原子流は超高真空システムに大きな負荷をかけ、システムの究極の真空度の向上を制限し、それによって冷原子の寿命とコヒーレンス時間に影響を与える。これらの欠点を克服するために、現代の高性能冷原子重力計は一般に、電気的に制御されたルビジウムディスペンサーを原子源として使用する。 ディスペンサー、または「ルビジウム源」は、特殊なプロセスを使用して封止された、小型化された電気的に制御可能な固体ルビジウム放出デバイスである。そのコアは、ルビジウム-クロム合金または金属ルビジウムで満たされた金属チューブ（通常、ニッケル合金またはステンレス鋼製）である。チューブ内の充填材は粉末冶金によって作られ、両端は電極で封止されている。その動作原理は、ジュール熱効果下での制御された昇華に基づいている。正確に制御された電流（通常は数アンペア）がディスペンサーの両端の電極に印加されると、電流は適切な抵抗を持つ金属チューブとその内部充填材を流れ、ジュール熱を発生させる。温度がルビジウムの昇華点（金属ルビジウムの昇華温度は約300℃以上）まで上昇すると、固体ルビジウム原子は気相に直接変換するのに十分なエネルギーを獲得し、チューブ壁の微細孔または特別に設計された開口部（一部の設計では、開いた金属ストリップを使用）を介して原子蒸気の形で周囲の真空チャンバーに放出される。 ディスペンサーの設計には、精密なエンジニアリング上の考慮事項が組み込まれている。まず、その電流と温度の関係は厳密に校正されており、実験者は駆動電流の大きさとパルス幅を調整することにより、原子放出フラックスをデジタルで瞬時に制御できる。磁気光学トラップのローディング段階では、より大きな電流のパルスを印加して、より高い原子フラックスを迅速に生成し、MOTの初期捕捉プロセスを加速できる。十分な数の原子が捕捉されると、ディスペンサーの電流を直ちに減らすか、完全にオフにすることができ、原子放出はそれに応じて停止する。この「オンデマンド」モードには、2つの重要な利点がある。第一に、システムの究極の真空度への損傷を大幅に軽減する。干渉測定段階では、真空チャンバーに注入される高温原子はほとんどなく、バックグラウンド圧力を非常に低いレベル（通常は10-8 Pa未満である必要がある）に維持できるため、残留ガス分子のコヒーレントな落下原子への衝突擾乱を最小限に抑え、長い