Para fazer algumas das medições mais precisas que podemos fazer do mundo ao nosso volta, os cientistas tendem a se reduzir à graduação atômica, usando uma técnica chamada interferometria atômica.

Agora, pela primeira vez, os cientistas realizaram este tipo de mensuração no espaço usando um foguete de som mormente projetado para transportar cargas úteis científicas para o espaço subalterno da terreno.

É um passo significativo para a realização de interferometria de ondas de material no espaço, para aplicações científicas que vão desde a física fundamental à navegação.

“Lançamos as bases tecnológicas para a interferometria atômica a bordo de um foguete de sondagem e mostramos que esses experimentos não são unicamente possíveis na terreno, mas também no espaço”. disse o físico Patrick Windpassinger da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz na Alemanha.

A interferometria é um noção relativamente simples. Pegue duas ondas idênticas, separe-as, recombine-as e use a pequena diferença entre elas – chamada de mudança de período – para medir a força que causou essa pausa.

Isso é chamado de padrão de interferência. Um exemplo famoso é o ligeiro interferômetro LIGO que mede ondas gravitacionais: Um lio de luz se divide em túneis de três quilômetros de comprimento, ricocheteia nos espelhos e se recombina. O padrão de interferência resultante pode ser usado para detectar ondas gravitacionais causadas pela colisão buracos negros milhões de anos-luz de pausa.

A interferometria de átomos, aproveitando o comportamento dos átomos em forma de vaga, é um pouco mais difícil de se conseguir, mas tem a vantagem de ser um aparelho muito menor. Seria muito útil no espaço, onde poderia ser usado para medir coisas porquê a sisudez com um alto nível de precisão; portanto, uma equipe de pesquisadores alemães vem trabalhando há anos para tentar fazer isso ocorrer.

A primeira lanço é fabricar um registro Estado da material chamado de Condensado de Bose-Einstein. Estes são formados a partir de átomos resfriados a unicamente uma fração supra do zero integral (mas não atingem o zero integral, ponto em que) os átomos param de se movimentar) Isso faz com que eles afundem ao seu estado de pujança mais subalterno, movendo-se extremamente lentamente e se sobrepondo na sobreposição quântica, produzindo uma nuvem de átomos de subida densidade que atua porquê um “superatomo” ou vaga de material.

Este é um ponto de partida ideal para interferometria, porque todos os átomos se comportam de forma idêntica e a equipe conseguiu fabricar um condensado de Bose-Einstein no espaço pela primeira vez com seu foguete de som. em 2017, com um gás de átomos de rubídio.

“Para nós, este conjunto ultrafrio representou um ponto de partida muito promissor para a interferometria de átomos,” Windpassinger disse.

Para o próximo estágio de sua pesquisa, eles tiveram que separar e recombinar os átomos sobrepostos. Mais uma vez, os pesquisadores criaram seu condensado de rubídio de Bose-Einstein, mas desta vez eles usaram lasers para irradiar o gás, fazendo com que os átomos se separassem e se sobrepusessem.

Padrões de interferência observados no condensado de Bose-Einstein. (Lachmann et al., Nat. Commun., 2021)

O padrão de interferência resultante mostrou uma clara influência do envolvente de microgravidade do foguete sonar, sugerindo que, com qualquer refinamento, a técnica poderia ser usada para medir este envolvente com subida precisão.

A próxima lanço da pesquisa, programada para 2022 e 2023, é retestar o teste usando condensados ​​de potássio e rubi de Bose-Einstein separados para observar sua aceleração em queda livre.

porquê os átomos de rubídio e potássio têm massas diferentes, este experimento será, segundo os pesquisadores, uma prova interessante do princípio de equivalência de Einstein, que afirma que a sisudez acelera todos os objetos também, independentemente de sua própria volume.

O princípio já foi investigado anteriormente no espaço, porquê pode ser visto no famoso experimento de pena e martelo liderado pelo comandante da Apollo 15 David Scott em a lua. O princípio da equivalência é um dos pilares da relatividade universal, e a relatividade tende a se dissociar no reino quântico, logo os experimentos previstos serão realmente muito interessantes.

E só será mais interessante no porvir. Foguetes de som sobem e descem voos suborbitais, mas há planos para conduzir ainda mais experimentos de condensado de Bose-Einstein na trajectória da terreno.

“Realizar este tipo de experimento seria uma meta futura em satélites ou na ISS da Estação Espacial Internacional, possivelmente dentro do BECCAL, Condensado por Bose Einstein e o laboratório de corpúsculo insensível, que está em período de planejamento ” disse o físico André Wenzlawski da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz na Alemanha.

“Nesse caso, a precisão alcançável não seria limitada pelo tempo restringido de queda livre a bordo de um foguete.”

Em poucos anos, poderíamos usar a interferometria atômica para aplicações porquê testes quânticos de relatividade universal, detecção de ondas gravitacionais e até mesmo a pesquisa de material escura eu pujança escura.

Mal podemos esperar para ver o que acontece a seguir.

A pesquisa da equipe foi publicada em Comunicações sobre a natureza.

Este item foi reescrito, traduzido de uma publicação em inglês. Clique cá para acessar a material original (em inglês)!