Por primera vez, se ha creado con éxito una nube de átomos ultrafríos en el espacio a bordo de un cohete sonoro. La misión MAIUS demuestra que los sensores ópticos cuánticos pueden funcionar incluso en entornos hostiles como el espacio, un requisito previo paraencontrar respuestas a las preguntas más desafiantes de la física fundamental y un importante motor de innovación para las aplicaciones diarias.
Según el Principio de equivalencia de Albert Einstein, todos los cuerpos se aceleran a la misma velocidad por la gravedad de la Tierra, independientemente de sus propiedades. Este principio se aplica a las piedras, plumas y átomos por igual. En condiciones de microgravedad, se pueden realizar mediciones muy largas y precisasllevado a cabo para determinar si los diferentes tipos de átomos "caen igualmente rápido" en el campo gravitacional de la Tierra, o si tenemos que revisar nuestra comprensión del universo. Como parte de un consorcio nacional, Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut fuer Hoechstfrequenztechnik FBH y Humboldt-Universitaet zu Berlin HU ahora dieron un paso histórico hacia la prueba del Principio de Equivalencia en el microcosmos de los objetos cuánticos. En la misión MAIUS lanzada el 23 de enero de 2017, una nube de rubidio frío nano-KelvinSe han generado átomos en el espacio por primera vez, esta nube se enfrió con luz láser y campos eléctricos de radiofrecuencia para que los átomos finalmente formaran un soloUn objeto cuántico, un condensado de Bose-Einstein BEC.
Más de 20 años después de los resultados innovadores de los premios Nobel Cornell, Ketterle y Wieman en átomos ultra fríos, la evaluación preliminar de los datos de la misión del cohete sonoro indica que tales experimentos también pueden llevarse a cabo bajo las duras condiciones de la operación espacial- en 1995, se requerían configuraciones del tamaño de la sala de estar en un entorno de laboratorio especial. El sensor óptico cuántico de hoy es tan pequeño como un congelador y permanece completamente operativo incluso después de experimentar un gran estrés mecánico y térmico causado por el lanzamiento del cohete.es un buscador de aplicaciones para sensores cuánticos en el espacio. En el futuro, los científicos esperan utilizar la tecnología de sensores cuánticos para hacer frente a uno de los mayores desafíos de la física moderna: la unificación de la gravitación con las otras interacciones fundamentales fuerte, débil y electrofuerza magnética en una sola teoría coherente. Al mismo tiempo, estos experimentos son impulsores de innovación para una amplia gama def aplicaciones, desde navegación inercial sin referencia de GPS hasta geodesia espacial utilizada para determinar la forma de la Tierra.
Conocimientos completos en módulos láser diseñados para aplicaciones espaciales
Para esta misión, el FBH ha desarrollado módulos láser semiconductores híbridos microintegrados que son adecuados para la aplicación en el espacio. Estos módulos láser, junto con unidades ópticas y espectroscópicas proporcionadas por terceros socios, han sido integrados y calificados por HU para proporcionarsubsistema láser de la carga científica Los resultados de esta misión coordinada por Leibniz Universitaet Hannover no solo prueban que los experimentos ópticos cuánticos con átomos ultrafríos son posibles en el espacio, sino que también le dan a FBH y HU la oportunidad de probar su tecnología de sistema láser en miniatura.bajo condiciones de operación reales. Los resultados también se utilizarán para preparar futuras misiones que ya están programadas para su lanzamiento. MAIUS, sin embargo, no es la primera prueba de cohete sonoro para la tecnología láser de ambas instituciones en el espacio; la tecnología ya se ha probado con éxito enAbril de 2015 y enero de 2016 a bordo de dos cohetes sonoros dentro de los experimentos FOKUS y KALEXUS.
MAIUS: interferometría de ondas de materia en condiciones de microgravedad
La misión MAIUS cuenta con el apoyo de la Agencia Espacial Alemana DLR con fondos proporcionados por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía y prueba todas las tecnologías clave de un sensor óptico cuántico espacial en un cohete sonoro: cámara de vacío, sistema láser, electrónica y software. MAIUS constituye un hito histórico para futuras misiones en el espacio que aprovechará todo el potencial de la tecnología cuántica. Por primera vez en todo el mundo, un condensado de Bose-Einstein BEC basado en átomos de rubidio ha sidocreado a bordo de un cohete sonoro y se ha utilizado para investigar la interferometría atómica en el espacio Los sensores ópticos cuánticos basados en BEC permiten mediciones de alta precisión de aceleraciones y rotaciones utilizando pulsos láser que proporcionan una referencia para la determinación precisa de las posiciones de la nube atómica..
El sistema láser de diodo compacto y robusto para enfriamiento por láser e interferometría atómica con átomos de rubidio ultrafrío se ha desarrollado bajo el liderazgo del Grupo de Metrología Óptica en HU. Este sistema es necesario para la operación del experimento MAIUS y consta de cuatroMódulos láser de diodo que FBH ha desarrollado como módulos láser de amplificador de potencia de oscilador maestro integrados de híbrido El láser maestro es un láser monolítico de retroalimentación distribuida DFB que se estabiliza en frecuencia a la frecuencia de una transición óptica en rubidio y generaRadiación óptica espectralmente pura y altamente estable ~ 1 MHz de ancho de línea con baja potencia de salida a una longitud de onda de 780 nm. Los otros tres módulos láser cuentan con un chip amplificador cónico con una sección de entrada de guía de onda de cresta. Estos chips amplificadores cónicos aumentan la potencia de salida óptica de unLáser DFB a más de 1 W sin pérdida de estabilidad espectral. Se integraron dos módulos de redundancia adicionales. Módulo acústico-óptico de espacio libreSe usan ors y componentes ópticos para generar los pulsos láser de acuerdo con la secuencia experimental.Los pulsos de luz láser finalmente se transfieren a la cámara experimental mediante fibras ópticas.Además, se ha integrado un demostrador de tecnología láser diseñado para futuras misiones, que consta de dos módulos semiconductores microintegrados de láser de diodo de cavidad extendida ECDL desarrollados por FBH.Estos módulos se requieren específicamente para futuros experimentos de interferometría atómica que planteen requisitos más estrictos sobre la estabilidad espectral de los láseres.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlin eV FVB . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Cite esta página :