تحول در فناوری‌های ناوبری با حسگر‌های کوانتومی فوق سرد/ ترکیب سیارات منظومه شمسی کشف می‌شود
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که محققان آزمایشگاه اتم سرد ناسا (CAL) ارتعاشات ظریف ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) را با استفاده از یک حسگر کوانتومی حاوی اتم‌های فوق سرد اندازه گیری کرده اند.
این مطالعه همچنین نشان می‌دهد که اتم‌ها در زمان سقوط آزاد در فضا به مدت ۱۵۰ میلی‌ثانیه ویژگی‌های موج مانندی را از خود نشان می‌دهند که طولانی‌ترین رکوردی است که تاکنون ثبت شده است.
این نخستین بار است که از حسگر‌های کوانتومی فوق سرد در فضا استفاده می‌شود که یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌هایی است که انسان تاکنون برای مطالعه نیرو‌های کوچک، ارتعاشات و تغییرات لحظه‌ای در میدان‌های گرانشی اختراع کرده است.
حسگر‌های مبتنی بر فضا که می‌توانند گرانش را با دقت بالا اندازه گیری کنند، کاربرد‌های گسترده‌ای دارند. به عنوان مثال، آنها می‌توانند ترکیب سیارات و ماه‌ها را در منظومه شمسی ما نشان دهند، زیرا مواد مختلف چگالی‌های متفاوتی دارند که تغییرات ظریفی در گرانش ایجاد می‌کنند.
این فناوری کوانتومی همچنین می‌تواند به توسعه فناوری‌های ناوبری بهتر و دقیق‌تر برای هواپیما‌ها و کشتی‌های روی زمین کمک کند.
نگاهی به پشت پرده حسگر‌های کوانتومی فوق سرد
آزمایشگاه اتم سرد یک مرکز تحقیقاتی در ایستگاه فضایی بین المللی است. این آزمایشگاه به ناسا اجازه می‌دهد تا گاز‌های کوانتومی فوق سرد را مطالعه کند و اندازه گیری‌های دقیقی از خواص فیزیکی بنیادی مانند نیرو‌های گرانشی، برهمکنش‌های اتمی و رفتار کوانتومی انجام دهد.
چنین اندازه گیری‌هایی به دما و شرایطی نیاز دارند که روی زمین قابل دستیابی نیستند. با این حال، در محیط ریزگرانش فضا، آنها می‌توانند این گاز‌ها را برای بیش از ۱۰ ثانیه در دمای زیر ۱۰۰ پیکوکلوین (۴۵۹.۶۷ - درجه فارنهایت) مشاهده کنند.
محققان برای مطالعه حاضر از تداخل سنج اتمی، نوعی حسگر کوانتومی استفاده کردند که از رفتار موج مانند اتم‌های فوق سرد برای اندازه گیری تغییرات در میدان گرانشی استفاده می‌کند.
برای اندازه‌گیری ارتعاشات ایستگاه فضایی بین‌المللی، نویسندگان مطالعه ابتدا اتم‌های روبیدیم (یک عنصر) را تا دمای ۴۵۹.۶۷ - درجه فارنهایت سرد کردند و سپس آنها را از تداخل سنج عبور دادند.
در داخل حسگر، به دلیل رفتار موج مانند آن، یک اتم واحد می‌تواند به طور همزمان دو مسیر جداگانه فیزیکی را طی کند. به گفته محققان ناسا، اگر گرانش یا نیرو‌های دیگر روی این امواج عمل کنند، دانشمندان می‌توانند با مشاهده نحوه ترکیب و تعامل امواج، این تاثیر را اندازه گیری کنند؛ بنابراین هنگامی که اتم‌ها حرکات متفاوتی از خود نشان دادند و همزمان چندین مسیر را دنبال کردند و رفتار کوانتومی را نشان دادند، الگو‌های حاشیه‌ای ایجاد کردند که حاوی اطلاعاتی در مورد تغییرات لحظه‌ای در گرانش و دیگر عوامل فیزیکی بود.
نویسندگان این مطالعه این الگو‌ها را مورد بررسی قرار دادند و اندازه گیری‌های دقیقی از ارتعاشات ایستگاه فضایی بین المللی انجام دادند. آنها گفتند: این نخستین بار است که اتم‌های فوق سرد برای تشخیص تغییرات محیط اطراف در فضا به کار گرفته می‌شوند.
قدرت حسگر‌های کوانتومی
حسگر‌های کوانتومی فوق سرد می‌توانند پیشرفت‌های چشمگیری در کاربرد‌های متعدد مورد استفاده در زمین و فضا به ارمغان بیاورند. به عنوان مثال، آنها می‌توانند جی پی اس و تجهیزات ارتباطی مدرن را دقیق‌تر و حساس‌تر کنند.
محققان خاطرنشان می‌کنند: اندازه گیری‌های دقیق گرانش (از طریق حسگر‌های کوانتومی) می‌تواند بینش‌هایی در مورد ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک، دو راز بزرگ کیهان شناسی ارائه دهد.
دستگاه‌هایی مانند تداخل سنج‌های اتم نیز به دانشمندان اجازه می‌دهند تا ماهیت کوانتومی مواد مختلف را در محیط‌های مختلف مطالعه کنند. این می‌تواند درک ما از نیرو‌های کوانتومی که جهان را هدایت می‌کنند، افزایش دهد.
کاس ساکت، یکی از نویسندگان این مطالعه و محقق اصلی در اتم سرد ناسا، می‌گوید: علاوه بر این تداخل سنجی اتم می‌تواند برای آزمایش نظریه نسبیت عام انیشتین به روش‌های جدید مورد استفاده قرار گیرد. این نظریه پایه‌ای است که ساختار بزرگ مقیاس جهان ما را توضیح می‌دهد و ما می‌دانیم که جنبه‌هایی از این نظریه وجود دارد که به درستی درک نمی‌کنیم.
او افزود: این فناوری ممکن است به ما کمک کند تا این شکاف‌ها را پر کنیم و تصویر کامل تری از واقعیتی که در آن زندگی می‌کنیم به ما بدهد.
این مطالعه در مجله «نیچر کامیونیکیشنز» (Nature Communications) منتشر شده است.
انتهای پیام/