移动重力测量是计量，导航，大地测量和地球物理学中的一项重要技术。尽管原子重力仪目前用于精确度，但它们受到仪器脆弱性和复杂性的限制。在一项新研究中，吴雪建和物理系，美国地质调查局，分子生物物理学和综合生物成像系的跨学科研究小组展示了一种移动原子重力仪。该装置测量实验室中的潮汐重力变化并测量现场的重力。

他们使用该设备实现了对潮汐重力测量的高灵敏度，具有长期稳定性，以揭示海洋潮汐负荷效应，以及几次远距离地震。研究小组调查了伯克利山的重力，以确定垂直重力梯度下地下岩石的密度。该研究中开发的简单灵敏的仪器将为将原子重力仪应用于现场应用铺平道路。这项工作现已发表在Science Advances上。

物理学家通常使用光脉冲原子干涉仪来测量惯性力以及研究，以了解原子上的子重力。与基于弹簧，超导线圈，微机械装置或落角立方体的现有仪器相比，基于原子干涉测量的重力仪是精确测量重力的最准确和最敏感的工具之一。原子重力仪依靠物质波干涉测量法和自由落下的原子云。在其作用机制中，科学家们可以使用动量来将物质波引导到两个干涉仪臂中由集成激光波长定义得非常好的光子。

研究人员目前正在设计用于计量，机载传感，船载测量和现场应用的可移动原子重力仪。在实验室中，此类仪器通常会达到5到100μGalileo(μGal)左右的灵敏度，而重力测量中的原子重力仪只能在海洋船上达到近似1 mGal的精度。因此，精确的移动重力测量对于重力测量是有价值的，其中计量学中存在少量微量伽利略的不确定性。例如，为了辅助惯性海上导航，重力参考地图需要至少具有miliGalileo精度的重力测量仪。因此，原子重力仪应该既灵敏又可移动，以便在现场进行可靠的应用。

在目前的工作中，吴等人。在实验室和现场操作期间展示了移动原子重力计。研究小组将实验中测得的重力与固体地球潮汐模型进行了比较，以表明其原子灵敏度。基于工具敏感性Wu等人。观测海洋潮汐负荷效应和测量的遥远地震地震波。然后研究小组使用该仪器在伯克利山进行了重力测量。原子重力计可用于大地测量和地球物理研究，以在资源勘探，水文研究和危害监测期间改进大地水准面，以便将来进行精确的现场测量。

吴等人。在原子干涉仪上设计了移动原子重力仪，在具有通孔的金字塔镜内部设有磁光阱(MOT)。这种新颖的几何形状提供了许 通过首先在MOT和原子干涉测量区域之间形成差分泵浦级，蒸汽压力比大于10：1以加速原子加载速度并降低原子检测的背景噪声。该设置允许MOT和干涉仪激光束具有不同的腰部以实现大的MOT体积和具有可用激光功率的高拉曼光束强度。作为第三个特征，研究小组使原子重力仪能够利用对金字塔镜振动不敏感的振动隔离镜的逆向反射。与之相比，振动隔离更简单有效传统的金字塔形原子重力仪。对于它的第四个特征，吴等人。使用平面镜作为后向反射器，以消除金字塔形装置中的缺陷造成的系统影响。

该团队使用由两个激光束和Mach-Zehnder几何驱动的多普勒敏感双光子拉曼跃迁在金字塔镜下进行了原子干涉测量。由于原子在自由落体中移动，科学家们以两倍的速率激发两个光束之间的激光频率差异，它们变化以获得系统中的加速度。他们使用单个二极管激光器和三个声光调制器(AOM)和一个基于光纤的电光相位调制器(EOM)，在研究的干涉测量和检测过程中生成MOT所需的所有激光束。

科学家使用原子重力仪测量了12天的长期潮汐重力变化。然后，他们操作原子干涉仪进行主动隔振，并与固体地球潮汐模型相比，每2小时获得重力数据的平均值。由于研究实验室位于旧金山湾区以东约4.5公里，因此海洋潮汐负荷对重力的影响在精确位置显着，与之前的报告形成鲜明对比。研究人员对固体地球潮进行了校正，并在半小时内获得了稳定性大于2μGal的原子重力仪的灵敏度为37μGal/√Hz。在潮汐重力测量期间，原子重力仪可以记录来自几个远距离地震的地震波列，以测量地震波的垂直加速度。吴等人。将原子重力仪与伯克利数字地震台网中的一个地震仪进行了比较。例如，当2019年1月5日在巴西发生6.8级和570公里深的地震时，原子重力仪和地震计都在大约20分钟后发现地震中的体波。伯克利的团队同样在2019年1月6日发现了测量结果，印度尼西亚发生了6.6级和43公里深的地震。

为了研究原子重力仪的准确性，研究小组估计了系统效应。他们计算了0.015 mGal的总系统误差，测量偏差接近-0.008 mGal。研究人员在将原子重力仪运送到加州大学伯克利分校校园的坎贝尔大厅后，在内部验证了实验的可重复性，以测量不同楼层的重力，地下室地板上的重力作为参考。这些值与使用标准重力测量计算的值相匹配技术。根据振动噪声，原子重力仪的灵敏度约为0.2 mGal /√Hz。然而，由于更强的振动，更高楼层的灵敏度降低。结果表明坎贝尔建筑群的质量引力。

此后，该团队在现场使用原子重力仪测量伯克利山的绝对重力。他们在车辆内部操作重力仪，路线长度为7.6 km，高度变化为400 m，同时使用被动隔振测量6个位置的重力。该团队花了大约15分钟在每个位置设置重力仪，其中包括将仪器配对并将干涉仪光束对准重力轴。由于野外振动噪声增加，吴等人。测量重力仪灵敏度为0.5 mG​​al //√Hz。总的来说，测量显示从伯克利山的基部到峰值的重力变化大约为92.6 mGal。

通过这种方式，Xuejian Wu及其同事开发了一种移动原子重力仪，用于进行潮汐重力测量和重力测量。新型金字塔型MOT仪器利用单光束原子干涉仪提供简单的激光 - 重力对齐和增强的振动隔离。该设备移动，紧凑，坚固，适合现场运输，同时对现有的原子重力仪保持相对较高的灵敏度。这些特征允许大地测量和地球物理应用在实验室和现场进行精确的移动重力测量。该仪器目前受到振动噪声的限制，有改进的余地。高级重力仪将作为隧道探测器，地下水储存传感器和监测地震和火山活动的其他应用。