Sistema de carga útil del cohete sonda en la sala de integración del Centro Espacial Esrange de la Agencia Espacial Europea en Suecia Crédito:André Wenzlawski, JGU
Es posible realizar mediciones extremadamente precisas utilizando interferómetros de átomos que emplean el carácter ondulatorio de los átomos para este propósito. Por tanto, pueden utilizarse, por ejemplo, para medir el campo gravitacional de la Tierra o para detectar ondas gravitacionales. Un equipo de científicos de Alemania ha logrado realizar con éxito interferometría de átomos en el espacio por primera vez, a bordo de un cohete sonda. "Hemos establecido la base tecnológica para la interferometría de átomos a bordo de un cohete sonda y hemos demostrado que tales experimentos no solo son posibles en la Tierra, pero también en el espacio, "dijo el profesor Patrick Windpassinger del Instituto de Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), cuyo equipo estuvo involucrado en la investigación. Los resultados de sus análisis se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Un equipo de investigadores de varias universidades y centros de investigación dirigido por la Universidad Leibniz de Hannover lanzó la misión MAIUS-1 en enero de 2017. Desde entonces, esta se ha convertido en la primera misión de cohete en la que se ha generado un condensado de Bose-Einstein en el espacio. Este estado especial de la materia ocurre cuando los átomos, en este caso los átomos de rubidio, se enfrían a una temperatura cercana al cero absoluto. o menos 273 grados Celsius. "Para nosotros, este conjunto ultrafrío representó un punto de partida muy prometedor para la interferometría atómica, "explicó Windpassinger. La temperatura es uno de los factores determinantes, porque las mediciones se pueden realizar con mayor precisión y durante períodos más largos a temperaturas más bajas.
Interferometría de átomos:generación de interferencia atómica por separación espacial y posterior superposición de átomos
Durante los experimentos, el gas de átomos de rubidio se separó mediante irradiación con luz láser y luego se superpuso. Dependiendo de las fuerzas que actúan sobre los átomos en sus diferentes trayectorias, se pueden producir varios patrones de interferencia, que a su vez se puede utilizar para medir las fuerzas que los están influyendo, como la gravedad.
Un ejemplo de un patrón de interferencia producido por el interferómetro atómico Crédito:©:Maike Lachmann, IQO
Sentando las bases para mediciones de precisión
El estudio primero demostró la coherencia, o capacidad de interferencia, del condensado de Bose-Einstein como una propiedad fundamentalmente requerida del conjunto atómico. Para tal fin, los átomos en el interferómetro se superpusieron solo parcialmente mediante la variación de la secuencia de luz, cuales, en el caso de la coherencia, condujo a la generación de una modulación de intensidad espacial. El equipo de investigación ha demostrado así la viabilidad del concepto, lo que puede conducir a nuevos experimentos dirigidos a la medición del campo gravitacional de la Tierra, la detección de ondas gravitacionales, y una prueba del principio de equivalencia de Einstein.
Incluso serán posibles más mediciones cuando se lancen MAIUS-2 y MAIUS-3
En el futuro cercano, el equipo quiere ir más allá e investigar la viabilidad de la interferometría atómica de alta precisión para probar el principio de equivalencia de Einstein. Dos lanzamientos de cohetes más, MAIUS-2 y MAIUS-3, están previstas para 2022 y 2023, y en estas misiones, el equipo también tiene la intención de utilizar átomos de potasio, además de los átomos de rubidio, para producir patrones de interferencia. Comparando la aceleración de caída libre de los dos tipos de átomos, Se puede facilitar una prueba del principio de equivalencia con una precisión previamente inalcanzable. "Realizar este tipo de experimento sería un objetivo futuro en los satélites o en la Estación Espacial Internacional ISS, posiblemente dentro de BECCAL, el laboratorio de condensado y átomo frío de Bose Einstein, que se encuentra actualmente en fase de planificación. En este caso, la precisión alcanzable no se vería limitada por el tiempo limitado de caída libre a bordo de un cohete, "explicó el Dr. André Wenzlawski, miembro del grupo de investigación de Windpassinger en JGU, que está directamente involucrado en las misiones de lanzamiento.
El experimento es un ejemplo del campo de investigación altamente activo de las tecnologías cuánticas, que también incluye desarrollos en los campos de la comunicación cuántica, sensores cuánticos, y computación cuántica.
La misión del cohete sonda MAIUS-1 se implementó como un proyecto conjunto que involucraba a la Universidad Leibniz de Hannover, la Universidad de Bremen, Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Universität Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlín, el Ferdinand-Braun-Institut de Berlín, y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). La financiación del proyecto fue organizada por la Administración Espacial del Centro Aeroespacial Alemán y los fondos fueron proporcionados por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania sobre la base de una resolución del Bundestag alemán.
