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 Suécia Crédito: André Wenzlawski, JGU

Medições extremamente precisas são possíveis usando interferômetros de átomos que empregam o caráter de onda dos átomos 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 tecnológica para interferometria atômica a bordo de um foguete de sondagem e demonstramos que tais experimentos não são apenas possíveis na Terra, mas também no espaço", disse o professor Patrick Windpassinger do Instituto de Física 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 átomos - neste caso os átomos de rubídio - 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 é um dos fatores determinantes, pois as medições podem ser realizadas com maior precisão e por períodos mais longos em temperaturas mais baixas.

Interferometria atômica: Gerando interferência atômica por separação espacial e subsequente superposição de átomos

Durante os experimentos, o gás dos átomos de rubídio foi separado por irradiação de luz laser e, posteriormente, sobreposto. Dependendo das forças que atuam sobre os átomos em seus diferentes caminhos, vários padrões de interferência podem ser produzidos, os quais, por sua vez, podem ser usados ​​para medir as forças que os estão influenciando, como a gravidade.

Um exemplo de um padrão de interferência produzido pelo
interferômetro atômico. Crédito: ©: Maike Lachmann, IQO

Estabelecendo as bases para medições de precisão

O estudo demonstrou pela primeira vez a coerência, ou capacidade de interferência, do condensado de Bose-Einstein como uma propriedade fundamentalmente necessária do conjunto atômico. Para tanto, os átomos do interferômetro foram apenas parcialmente sobrepostos por meio da variação da sequência de luzes, o que, no caso da coerência, levou à 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 princípio de equivalência de Einstein.

Ainda mais medições serão possíveis quando MAIUS-2 e MAIUS-3 forem lançados

Em um futuro próximo, a equipe quer ir mais longe e investigar a viabilidade da interferometria atômica de alta precisão para testar o princípio de equivalência de Einstein. Mais dois lançamentos de foguetes, MAIUS-2 e MAIUS-3, estão previstos para 2022 e 2023, e nessas missões a equipe também pretende usar átomos de potássio, além de átomos de rubídio, para produzir padrões de interferência. Comparando a aceleração em queda livre dos dois tipos de átomos, um teste do princípio de equivalência com precisão anteriormente inatingível pode ser facilitado. "Realizar esse tipo de experimento seria um objetivo futuro em satélites ou na Estação Espacial Internacional ISS, possivelmente dentro do BECCAL, o Laboratório de condensado e átomo frio de Bose Einstein, que está atualmente em fase de planejamento. Nesse caso, a precisão alcançável não seria ser limitado pelo tempo limitado de queda livre a bordo de um foguete ", explicou o Dr. André Wenzlawski, membro do grupo de pesquisa de Windpassinger na JGU, que está diretamente envolvido nas missões de lançamento.
 
O experimento é um exemplo do campo de pesquisa altamente ativo das tecnologias quânticas, que também inclui desenvolvimentos nas áreas de comunicação quântica, sensores quânticos e computação quântica.

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, Universität Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlin, o Ferdinand-Braun-Institut em Berlim e o Aeroespacial Alemão Center (DLR). O financiamento do projeto foi organizado pela Administração Espacial do Centro Aeroespacial Alemão e os fundos foram fornecidos pelo Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia com base em uma resolução do Bundestag alemão.

 

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