Por primera vez, los científicos han medido la interferencia atómica en el espacio.

Para realizar algunas de las mediciones más precisas que podamos del mundo que nos rodea, los científicos tienden a ser pequeños, hasta la escala atómica, utilizando una técnica llamada interferometría atómica.

Ahora, por primera vez, los científicos han realizado este tipo de medición en el espacio, utilizando un cohete sonoro diseñado específicamente para transportar cargas útiles científicas al espacio terrestre bajo.

Es un paso importante para poder realizar interferometría de ondas de materia en el espacio, para aplicaciones que van desde la física básica hasta la navegación.

«Hemos sentado las bases tecnológicas para medir la interferencia atómica a bordo de un cohete SBR y hemos demostrado que tales experimentos no solo son posibles en la Tierra, sino también en el espacio». El físico Patrick Windbasinger dijo De la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania.

La interferometría es un concepto relativamente simple. Toma dos ondas idénticas, las separa, las recombina y usa la pequeña diferencia entre, lo que se llama cambio de fase, para medir la fuerza que causó esa distancia.

A esto se le llama patrón de superposición. Un ejemplo famoso es el interferómetro óptico de LIGO que mide Ondas gravitacionalesUn rayo de luz que se divide en dos túneles de dos millas de largo, rebota en los espejos y se vuelve a ensamblar. El patrón de interferencia resultante se puede utilizar para detectar las ondas gravitacionales producidas por la colisión. agujeros negros Millones de años luz de distancia.

La medición de la interferometría atómica, que aprovecha el comportamiento ondulatorio de los átomos, es un poco más difícil de lograr, pero tiene un dispositivo mucho más pequeño. Sería muy útil en el espacio, ya que podría usarse para medir cosas como la gravedad con un alto nivel de precisión; Por ello, un equipo de investigadores alemanes ha trabajado durante años para intentar conseguirlo.

El primer paso es crear un archivo Estado del artículo Llamado b Condensador Bose-Einstein. Estos átomos consisten en átomos enfriados a solo una pequeña fracción por encima del cero absoluto (pero nunca alcanzan el cero absoluto, momento en el que los átomos dejan de moverse). Esto hace que se hunda a sus niveles de energía más bajos, se mueva muy lentamente e interfiera con una superposición cuántica, lo que da como resultado una nube de átomos de alta densidad que actúa como un solo «superátomo» u onda de materia.

Este es un punto de partida ideal para medir la interferencia, porque todos los átomos se comportan simétricamente, y el equipo logró por primera vez un condensador Bose-Einstein en el espacio utilizando su cohete sonoro en 2017, con un gas de átomos de rubidio.

«Para nosotros, este cúmulo extremadamente frío representa un punto de partida muy prometedor para medir la interferencia atómica». Windpassinger dijo.

En la siguiente etapa de su investigación, tuvieron que separar y reensamblar los átomos superpuestos. Una vez más, los investigadores crearon su propio condensador de rubidio Bose-Einstein, pero esta vez utilizaron láseres para irradiar el gas, haciendo que los átomos se separen y luego vuelvan a unirse en un estado de superposición.

Patrones de interferencia observados en un condensador Bose-Einstein. (Lachman y col., Nat Common, 2021)

El patrón de interferencia resultante mostró un efecto claro del entorno de microgravedad del misil que sonaba, lo que indica que con un poco de refinamiento, esta técnica podría usarse para medir este entorno con alta precisión.

El siguiente paso en la investigación, planificada para 2022 y 2023, es intentar realizar pruebas nuevamente con condensadores de rubidio y potasio Bose-Einstein separados para monitorear su aceleración en caída libre.

Dado que los átomos de rubidio y potasio tienen masas diferentes, este experimento, dijeron los investigadores, sería una prueba interesante del principio de valencia de Einstein, que establece que la gravedad acelera todos los cuerpos por igual, independientemente de su masa.

Este principio ha sido investigado antes en el espacio, como puede verse en el famoso Experiencia de plumas y martillo Realizado por el comandante del Apolo 15, David Scott, en la luna. El principio de equivalencia es una de las piedras angulares de Relatividad generalY la relatividad tiende a fallar en el reino cuántico, por lo que los experimentos planeados serían realmente muy interesantes.

Y solo se volverá más interesante en el futuro. Los misiles que suenan suben y bajan Vuelos subtropicalesPero hay planes para realizar más experimentos intensos de Bose-Einstein en la órbita de la Tierra.

«La realización de este tipo de experimento sería un objetivo futuro para los satélites o la Estación Espacial Internacional (ISS), posiblemente dentro de BECCAL, Condensador Bose Einstein Y el laboratorio de maíz frío, que ahora está en fase de planificación, El físico Andrei Wenzlawski dijo De la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania.

«En este caso, la precisión que se puede lograr no estará limitada por el tiempo de caída libre limitado a bordo de un misil».

En solo unos pocos años, podemos utilizar la interferometría atómica para aplicaciones como pruebas cuantitativas de relatividad general, detección de ondas gravitacionales e incluso la búsqueda de Materia oscura Y el Energía oscura.

No podemos esperar a ver qué sucede a continuación.

La investigación del equipo se ha publicado en Comunicaciones de la naturaleza.