Tecnologia Científica

Interferometria atômica demonstrada no espaço pela primeira vez
Uma equipe de cientistas da Alemanha conseguiu realizar com sucesso a interferometria atômica no espaço pela primeira vez - a bordo de um foguete de sondagem.
Por Universitaet Mainz - 13/04/2021


Sistema de carga útil do foguete de sondagem na sala de integração do Centro Espacial Esrange da Agência Espacial Europeia na Suanãcia Crédito: AndréWenzlawski, JGU

Medições extremamente precisas são possa­veis usando interfera´metros de a¡tomos que empregam o cara¡ter de onda dos a¡tomos para essa finalidade. Eles podem ser usados, por exemplo, para medir o campo gravitacional da Terra ou para detectar ondas gravitacionais. Uma equipe de cientistas da Alemanha conseguiu realizar com sucesso a interferometria atômica no espaço pela primeira vez - a bordo de um foguete de sondagem. "Estabelecemos a base tecnologiica para interferometria atômica a bordo de um foguete de sondagem e demonstramos que tais experimentos não são apenas possa­veis na Terra, mas também no Espaço", disse o professor Patrick Windpassinger do Instituto de Fa­sica da Universidade Johannes Gutenberg Mainz (JGU ), cuja equipe esteve envolvida na investigação. Os resultados de suas análises foram publicados na Nature Communications.

Uma equipe de pesquisadores de várias universidades e centros de pesquisa liderados pela Leibniz University Hannover lançou a missão MAIUS-1 em janeiro de 2017. Desde então, ela se tornou a primeira missão de foguete na qual um condensado de Bose-Einstein foi gerado no Espaço. Este estado especial da matéria ocorre quando os a¡tomos - neste caso os a¡tomos de ruba­dio - são resfriados a uma temperatura próxima ao zero absoluto, ou 273 graus Celsius negativos. "Para nós, este conjunto ultracold representou um ponto de partida muito promissor para a interferometria atômica", explicou Windpassinger. A temperatura éum dos fatores determinantes, pois as medições podem ser realizadas com maior precisão e por períodos mais longos em temperaturas mais baixas.

Interferometria atômica: Gerando interferaªncia atômica por separação espacial e subsequente superposição de a¡tomos

Durante os experimentos, o gás dos a¡tomos de ruba­dio foi separado por irradiação de luz laser e, posteriormente, sobreposto. Dependendo das forças que atuam sobre os a¡tomos em seus diferentes caminhos, vários padraµes de interferaªncia podem ser produzidos, os quais, por sua vez, podem ser usados ​​para medir as forças que os estãoinfluenciando, como a gravidade.

Um exemplo de um padrãode interferaªncia produzido pelo
interfera´metro ata´mico. Crédito: ©: Maike Lachmann, IQO

Estabelecendo as bases para medições de precisão

O estudo demonstrou pela primeira vez a coeraªncia, ou capacidade de interferaªncia, do condensado de Bose-Einstein como uma propriedade fundamentalmente necessa¡ria do conjunto ata´mico. Para tanto, os a¡tomos do interfera´metro foram apenas parcialmente sobrepostos por meio da variação da sequaªncia de luzes, o que, no caso da coeraªncia, levou a  geração de uma modulação de intensidade espacial. A equipe de pesquisa demonstrou, portanto, a viabilidade do conceito, o que pode levar a novos experimentos visando a medição do campo gravitacional da Terra, a detecção de ondas gravitacionais e um teste do princa­pio de equivalaªncia de Einstein.

Ainda mais medições sera£o possa­veis quando MAIUS-2 e MAIUS-3 forem lana§ados

Em um futuro pra³ximo, a equipe quer ir mais longe e investigar a viabilidade da interferometria atômica de alta precisão para testar o princa­pio de equivalaªncia de Einstein. Mais dois lana§amentos de foguetes, MAIUS-2 e MAIUS-3, estãoprevistos para 2022 e 2023, e nessas missaµes a equipe também pretende usar a¡tomos de pota¡ssio, além de a¡tomos de ruba­dio, para produzir padraµes de interferaªncia. Comparando a aceleração em queda livre dos dois tipos de a¡tomos, um teste do princa­pio de equivalaªncia com precisão anteriormente inatinga­vel pode ser facilitado. "Realizar esse tipo de experimento seria um objetivo futuro em satanãlites ou na Estação Espacial Internacional ISS, possivelmente dentro do BECCAL, o Laborata³rio de condensado e a¡tomo frio de Bose Einstein, que estãoatualmente em fase de planejamento. Nesse caso, a precisão alcana§a¡vel não seria ser limitado pelo tempo limitado de queda livre a bordo de um foguete ", explicou o Dr. AndréWenzlawski, membro do grupo de pesquisa de Windpassinger na JGU, que estãodiretamente envolvido nas missaµes de lana§amento.
 
O experimento éum exemplo do campo de pesquisa altamente ativo das tecnologias qua¢nticas, que também inclui desenvolvimentos nas áreas de comunicação qua¢ntica, sensores qua¢nticos e computação qua¢ntica.

A missão do foguete de sondagem MAIUS-1 foi implementada como um projeto conjunto envolvendo a Leibniz University Hannover, a University of Bremen, Johannes Gutenberg University Mainz, Universita¤t Hamburg, Humboldt-Universita¤t zu Berlin, o Ferdinand-Braun-Institut em Berlim e o Aeroespacial Alema£o Center (DLR). O financiamento do projeto foi organizado pela Administração Espacial do Centro Aeroespacial Alema£o e os fundos foram fornecidos pelo Ministanãrio Federal Alema£o para Assuntos Econa´micos e Energia com base em uma resolução do Bundestag alema£o.

 

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