論文の概要: LEVITAS: Levitodynamics for Accurate Individual Particle Sensing in Space

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.24524v1
• Date: Tue, 28 Oct 2025 15:35:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-29 15:35:37.252835
• Title: LEVITAS: Levitodynamics for Accurate Individual Particle Sensing in Space
• Title（参考訳）: LEVITAS:宇宙での正確な粒子センシングのためのレヴィトダイナミックス
• Authors: Rafal Gajewski, Ravindra T Desai, James Bateman, Bengt Eliasson, Daniel K L Oi, Animesh Datta,
• Abstract要約: 浮遊ナノ粒子(レビトダイナミックス)の動力学に基づくその場センシングソリューションを提案する。 希薄媒質中の個々の粒子の影響を検知し、測定することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.030786914102688596
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Accurately observing the rarefied media of the upper atmosphere, exosphere, and planetary and solar system environments and beyond requires highly sensitive metrological techniques. We present the operating concept and architecture of an in-situ sensing solution based on the dynamics of a levitated nanoparticle (levitodynamics). It can detect and measure impacts of individual particles in rarefied media. Dubbed `LEVITAS', our sensor consists of a dispenser of dielectric nanoparticles and optical trapping of a single nanoparticle in the focus of a laser beam. The trapped nanoparticle constitutes a harmonic oscillator at frequencies in the kilohertz range whose position can be tracked at the standard quantum limit by interferometric detection of the laser photons it scatters. Here, we simulate microcanonical impacts on the nanoparticle and show that the density, velocity, temperature, and composition of the surrounding medium can be estimated accurately. We illustrate the performance of LEVITAS in circumstances ranging from low Earth orbit out to exospheric distances, across which individual impacts can be detected at favourable rates. Furthermore, LEVITAS may be employed to accurately measure highly rarefied neutral distributions within vastly different areas of momentum space. This we demonstrate by simulating the measurement of high-velocity neutral gas particles from the interstellar medium penetrating the heliosphere and flowing through our solar system.
• Abstract（参考訳）: 大気上層、外気圏、惑星や太陽系の環境などの希薄な物質を正確に観察するには、高度に敏感な気象技術が必要である。 本稿では、浮遊ナノ粒子(レビトダイナミクス)の力学に基づくその場センシングソリューションの動作概念とアーキテクチャについて述べる。 希薄媒質中の個々の粒子の影響を検知し、測定することができる。 私たちのセンサーは「LEVITAS」と呼ばれ、誘電体ナノ粒子のディスペンサーと、レーザービームの焦点における単一ナノ粒子の光トラップで構成されています。 捕捉されたナノ粒子は、散乱するレーザー光子の干渉検出により、標準量子限界で位置を追跡できるキロヘルツ領域の周波数での高調波発振器を構成する。 そこで我々は,ナノ粒子に対するミクロカノニカルな影響をシミュレートし,その密度,速度,温度,組成を正確に推定できることを示す。 我々は、低地球軌道から外圏距離まで、それぞれの衝突を好ましい速度で検出できる状況におけるLEVITASの性能について説明する。 さらに、LEVITASは運動量空間の非常に異なる領域における非常に希少な中性分布を正確に測定するために用いられる。 本研究では,星間物質からの高速度中性気体粒子の測定をシミュレーションし,太陽系内を流れていることを示す。

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