ist jedoch gewöhnlich auf eine einzelne empfindliche Achse beschränkt, was hochpräzises mehrdimensionales Messen nur durch zusätzliche oder korrigierte Messungen ermöglicht. Knut Stolzenberg und Daida Thomas haben mit ihrem Team nun eine neuartige Methode zur mehrachsigen Trägheitsmessung vorgestellt, die auf der Korrelation von gleichzeitigen Lichtpuls-Atominterferometern in 2D-Array-Anordnungen von Bose-Einstein-Kondensaten (BEC) basiert. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der aktuellen Ausgabe der Physical Review Letters.
Mit einem skalierbaren 3×3 BEC-Array, das eine Fläche von 1,6 mm² umfasst und mithilfe zeitlich gemittelter optischer Potentiale erzeugt wurde, konnten sie Messungen der durch die Schwerkraft induzierten linearen Beschleunigung durchführen und gleichzeitig die Empfindlichkeit gegenüber Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung eines drehenden Referenzspiegels sowie gegenüber Schwerkraftgradienten und höheren Ableitungen demonstrieren. Dieser Ansatz ermöglicht einfache, hochpräzise mehrachsige Trägheitsmessungen, die mit hohen Rotationsraten kompatibel sind, z.B. für die trägheitsbasierte Navigation in dynamischen Umgebungen.
Die Arbeit des Teams zeigt einen Weg auf, wie sich Trägheitsgrößen, die auf die Atome in einem Atominterferometer wirken, unterscheiden lassen. Durch den Einsatz mehrerer Interferometer in einer zweidimensionalen Anordnung konnten sie lineare Beschleunigung, Rotationsbeschleunigung und Rotationsrate sowie das Rotationszentrum erfolgreich differentiell ableiten.
Das Konzept ebnet den Weg für autonome Trägheitsmesseinheiten basierend auf Atominterferometrie. Weitere Perspektiven umfassen die in-situ-Charakterisierung elektromagnetischer Felder, wie z.B. des Strahls, der das Interferometer antreibt, oder die Miniaturisierung des Aufbaus für Anwendungen in der Geodäsie und der trägheitsbasierten Navigation. Zudem wurde das Konzept als "Quanteninertialmesseinheit und Verfahren zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Messgröße" patentiert.
Originalpublikation
Multi-axis inertial sensing with 2D matter-wave arrays
K. Stolzenberg, C. Struckmann, S. Bode, R. Li, A. Herbst, V. Vollenkemper, D. Thomas, A. Rajagopalan, E. M. Rasel, N. Gaaloul, and D. Schlippert
Physical Review Letters 134, 14 (2025).
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.143601
