Científicos alemanes han logrado realizar con éxito interferometría de átomos en el espacio por primera vez, a bordo de un cohete sonda. El análisis fue publicado en Nature Communications.
Los resultados indican la posibilidad de realizar mediciones extremadamente precisas empleando interferómetros de átomos, los cuales emplean el carácter ondulatorio de los átomos para ese propósito. Por tanto, pueden utilizarse, por ejemplo, para medir el campo gravitacional de la Tierra o para detectar ondas gravitacionales.
“Hemos establecido la base tecnológica para la interferometría atómica a bordo de un cohete sonda”, dijo el profesor Patrick Windpassinger del Instituto de Física de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz. De esa manera han demostrado que tales experimentos no solo son posibles en la Tierra, sino también en el espacio.
El experimento
Un equipo que recoge a físicos de varias universidades y centros de investigación dirigido por la Universidad Leibniz lanzó la misión MAIUS-1 en enero de 2017. Desde entonces, 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 -273°C. “Para nosotros, dicho conjunto ultrafrío representó un punto de partida muy prometedor para la interferometría de átomos”, explicó Windpassinger.
La temperatura es uno de los factores determinantes, porque las mediciones pueden realizarse con mayor precisión y por períodos más largos a temperaturas más bajas. Durante los experimentos, el gas de los átomos de rubidio se separó mediante irradiación con luz láser y luego se superpuso.
Resultados
Dependiendo de las fuerzas que actúan sobre los átomos en sus diferentes trayectorias, se generarían varios patrones de interferencia. Éstos a su vez pueden utilizarse para medir las fuerzas que ejercen una influencia sobre ellos, como la gravedad.
El estudio primero demostró la coherencia, o capacidad de interferencia, del condensado de Bose-Einstein como una propiedad fundamentalmente requerida del conjunto atómico. Para ello, los átomos del interferómetro se superpusieron solo parcialmente mediante la variación de la secuencia de luz, lo que, en el caso de la coherencia, condujo a la generación de una modulación de intensidad espacial.
Por tanto, el equipo ha corroborado la viabilidad del concepto, el cual logra conducir a nuevos experimentos dirigidos a medir el campo gravitacional de la Tierra. Asimismo, son capaces de detectar ondas gravitacionales y probar el principio de equivalencia de Einstein.
Futuras misiones
Ahora buscan analizar la viabilidad de la interferometría de átomos de alta precisión con el objetivo de probar el principio de equivalencia de Einstein. Para conseguirlo planean lanzar dos cohetes más: MAIUS-2 y MAIUS-3, en 2022 y 2023, respectivamente.
En las misiones el equipo tiene la intención de usar átomos de potasio, además de átomos de rubidio, para producir patrones de interferencia. Al comparar 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.
El experimento es un ejemplo del campo de investigación altamente activo de las tecnologías cuánticas, el cual igualmente incluye desarrollos en los campos de los sensores cuánticos y la computación cuántica.
