NASA persigue átomo óptica para detectar lo Imperceptible...

Einstein predijo ondas de gravedad en su teoría general de la relatividad, pero hasta la fecha no se han observado estas ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo. Ahora, una técnica de investigación científica llamada interferometría atómica está tratando de reescribir el canon. En colaboración con investigadores de la Universidad de Stanford, los científicos de la NASA Goddard están desarrollando un sistema para medir las vibraciones gravitacionales débiles generadas por el movimiento de objetos masivos en el universo. La recompensa científica podría ser importante, ayudando a aclarar mejor cuestiones claves en nuestra comprensión de la cosmología. Pero la recompensa de aplicación podría ser sustancial, también, con el potencial para desarrollar profundos avances en campos como la geolocalización y hora normal. En este video examinamos cómo funcionaría el sistema y los fundamentos científicos del esfuerzo de investigación. Crédito: NASA/Goddard Space Flight Center

Una tecnología pionera capaz de precisión de nivel atómico actualmente está siendo desarrollada para detectar lo que hasta ahora ha permanecido imperceptible: ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo causada por eventos catastróficos incluyendo incluso el Big Bang propio.

 

El Físico de Goddard Babak Saif, junto con investigadores de la Universidad de Stanford y AOSense, Inc., una compañía basada en Sunnyvale, California, ha recibido financiación para impulsar una tecnología potencialmente revolucionaria de la NASA — óptica átomo — para detectar lo que se predijo teóricamente, las ondas gravitacionales. Crédito: NASA/Pat Izzo

 

 

 

Un equipo de investigadores del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, la Universidad de Stanford en California y AOSense, Inc., en Sunnyvale, California, ganó recientemente financiamiento bajo el programa de la NASA innovadores y avanzados conceptos (NIAC) para promover las tecnologías ópticas de átomo. Algunos creen que esta tecnología de medición emergentes, altamente precisa es una panacea tecnológica para todo, desde las ondas gravitacionales, submarinos y aviones de la dirección de medición.

 

"Yo he estado siguiendo esta tecnología durante una década," dijo Bernie Seery, un ejecutivo de Goddard, que contribuyó al establecimiento de asociación estratégica de Goddard con la Universidad de Stanford y AOSense hace dos años. "La tecnología ha avanzado de edad y estoy encantado de que NASA ha elegido a este esfuerzo por un premio NIAC," dijo.

 

El programa NIAC soporta tecnologías potencialmente revolucionarias, alto riesgo y conceptos de misión que podían avanzar los objetivos de la NASA. "Con esta financiación y otras ayudas, podemos avanzar más rápidamente ahora, dijo Seery, añadiendo que el ejército estadounidense ha invertido mucho en la tecnología para mejorar dramáticamente la navegación."Abre una riqueza de posibilidades."

 

Aunque los investigadores creen que la tecnología ofrece grandes promesas para una variedad de aplicaciones espaciales, incluyendo navegar alrededor de un asteroide cercano a la Tierra para medir su campo gravitacional y deducir su composición, hasta ahora se han centrado sus esfuerzos sobre el uso de Goddard, investigación de la NASA y desarrollo fondos semilla para sensores de avance que podrían detectar lo que se predijo teóricamente ondas gravitacionales.

Eventos catastróficos, como copia de este artista de la fusión de una estrella binaria, se creen que crean ondas gravitacionales que causan ondulaciones en el espacio-tiempo.

 

Predicho por la teoría de la relatividad de Albert Einstein, las ondas gravitacionales ocurren cuando objetos celestes masivos se mueven y perturban a la tela del espacio-tiempo alrededor de ellos. Por el momento que estas ondas llegan a la Tierra, son tan débiles que el planeta se expande y contrae menos que un átomo en respuesta. Esto hace que su detección con equipos terrestres sea más difícil porque el ruido ambiental, como las mareas y terremotos, fácilmente puede opacar sus murmuraciones débiles.

 

 Aunque observaciones astrofísicas han implicado su existencia, Observatorio, incluyendo terrestres láser interferómetro de ondas gravitatorias Observatorio, ni instrumento nunca directamente las detectó.

Si los científicos confirman su existencia, dicen que el descubrimiento podría revolucionar la astrofísica, dándoles una nueva herramienta para el estudio de todo, desde los agujeros negros de el  universo temprano antes de la niebla del plasma de hidrógeno enfriado para dar paso a la formación de los átomos.

El equipo que cree la óptica de átomo o interferometría de átomo es la clave para les detectar directamente.

La interferometría de átomo funciona como interferometría óptica, una técnica de 200 años, ampliamente utilizada en la industria y la ciencia para obtener mediciones muy precisas. Obtiene estas medidas mediante la comparación de la luz que se ha dividido en dos mitades iguales con un dispositivo llamado un beamsplitter. Un rayo se refleja en un espejo que se fija en su lugar; a partir de ahí, viaja a una cámara o un detector. El otro brilla a través de algo que los científicos quieren medir. Luego refleja en un segundo espejo, a través de la beamsplitter y luego en una cámara o un detector.

Porque el camino que viaja un rayo se fija en la longitud y el otro viaja una distancia adicional o de alguna otra manera ligeramente diferente, los dos rayos de luz se superponen e interfieren cuando se reúnen, creando un patrón de interferencia que los científicos inspecciónan para obtener mediciones muy precisas.

 

La interferometría de átomo, sin embargo, depende de la mecánica cuántica, la teoría que describe cómo se comporta la materia a escalas sub-microscopica. Al igual que las ondas de luz pueden actuar como partículas llamadas fotones, los átomos pueden engatusar a actuar como las olas si se enfría a casi cero absoluto. A esas temperaturas frígidas, que los científicos lograr disparando un láser en el átomo, su velocidad se reduce a casi cero. Disparando otra serie de pulsos de láser en átomos enfriados por láser, los científicos ponen en lo que llaman una "superposición de Estados".

 

Se muestra aquí es el sistema de láser de Goddard diseñado en un atabla crítico al desarrollo de instrumentos de óptica de átomo. El dispositivo se probará en la torre de caída de la Universidad de Stanford. Crédito: NASA/Pat Izzo

 

En otras palabras, los átomos tienen diferente momenta permitiéndoles estar separados espacialmente y manipularse para volar a lo largo de trayectorias diferentes. Finalmente, se cruzan y se recombinan en el detector — al igual que en un interferómetro convencional. "Los Átomos tienen una manera de estar en dos lugares a la vez, lo que es análogo a la luz de interferometría," dijo Mark Kasevich, un profesor de la Universidad de Stanford y miembro del equipo le acreditada empujando las fronteras de la óptica del átomo.

 

El poder de interferometría de átomo es su precisión. Si la ruta por un átomo varía por incluso una picómetros, un interferómetro de átomo sería capaz de detectar la diferencia. Dada su precisión de nivel atómico, "detección de ondas gravitacionales es posiblemente la aplicación científica más convincente para esta tecnología en el espacio," dijo físico Babak Saif, que encabeza el esfuerzo en Goddard.

Desde su incorporación a las fuerzas, el equipo ha diseñado un sistema de láser de fibra óptica de banda estrecha de gran alcance, que planea probar en uno de los interferómetros de átomo más grandes del mundo — una torre de caída de 33 pies en el sótano de un laboratorio de física de la Universidad de Stanford. Cierra científicamente a lo que el equipo tendría que detectar ondas teóricas gravitacionales, la tecnología se utilizaría como base para cualquier instrumento basado en el átomo creado para volar en el espacio, dijo Saif.

 

La torre de caída de 33 pies en la Universidad de Stanford se utilizará para probar un sistema de láser diseñado por Goddard que podría utilizarse en instrumentos de óptica átomo futuro. Crédito: Universidad de Stanford

 

 Durante la prueba, el equipo insertará una nube de átomos de rubidio neutral dentro de la torre de 33 pies. La gravedad afirma un tirón en la nube y los átomos empiezan a caer, el equipo utilizará su nuevo sistema de láser para disparar pulsos de luz para que se enfríen. Una vez en el estado de forma de onda, los átomos encontrarán con otra ronda de pulsos láser que permiten separarlos espacialmente. Sus trayectorias, a continuación, se pueden manipular para que sus caminos se cruzen en el detector, crear el patrón de interferencia.

El equipo también está afinando un concepto de onda gravitacional, misión que ha formulado. Similar a la antena de espacio del interferómetro de láser (LISA), el concepto exige tres naves idénticamente equipadas colocadas en una configuración en forma de triángulo. A diferencia de LISA, sin embargo, la nave espacial vendría equipada con interferómetros de átomo y serían la órbita mucho más cercana una al otra — entre 500 y 5.000 kilómetros de distancia, en comparación con la separación de cinco millones de kilómetros de LISA. Debe esperarce que pase una onda gravitacional, el interferómetro sería capaz de detectar el minúsculo movimiento.

"Creo que esta tecnología finalmente trabajará en el espacio", dijo Kasevich. "Pero presenta un reto realmente de complicados sistemas que va más allá de nuestra experiencia. Realmente queremos volar en el espacio, pero ¿cómo usted integra esta tecnología en un satélite? Tener algo trabando en el espacio es diferente de las medidas que tomamos en la Tierra".

 

Es donde entra Goddard, dijo Saif. "Tenemos experiencia con todo excepto la parte del átomo,", dijo, agregando que AOSense ya cuenta con un equipo de más de 30 físicos e ingenieros centrados en la construcción compacta, robusta de instrumentos de óptica de átomo. "Podemos hacer el diseño de sistemas; podemos hacer el láser. Somos gente de naves espaciales. Lo que no deberíamos estar haciendo es reinventar la física atómica. Es el fuerte de nuestros socios".

 

Lori Keesey
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD

Traducción: El Quelonio Volador

 

Nota Quelonia: Publico esta nota con profunda emoción, ya que en 1964 con mi querido amigo Carlos Presta, que no veo desde hace muchas décadas y no se de él. Trabajamos en las ecuaciones de Einsten y en las ondas gravitatorias y en fabricar un Laser. Con solo el apoyo de nuestros padres conseguí realizar toda la parte electrónica y llenar de ecuaciones más de media resma de papel escrito prolijamente ya que era mi resumen. Hoy solo tengo unas cuantas hojas (47) escritas a máquina de escribir y el recuerdo de los diccionarios de Ingles y Francés que servían para traducir libros que tratábamos de comprender. Terminé con la frustración de no conseguir dinero para el proyecto y una mano quemada por efectos del Msser que si pude terminar. Lamentablemente recuerdo el sabor amargo de cuando sacamos las válvulas y los cables de los chasis y decidimos abandonar todo...

Hoy, ya viejo para estas aventuras, me quedo, realizándome atravez de estos muchachos que si lo lograran. Si Carlos por una casualidad llegara a ver esta nota dirá como yo: "Estuvimos serca primer factor, estuvimos serca...