Interférométrie atomique démontrée dans l’espace – Technoguide

Des mesures extrêmement précises sont possibles en utilisant des interféromètres atomiques qui utilisent le caractère ondulatoire des atomes à cette fin. Ils peuvent ainsi être utilisés, par exemple, pour mesurer le champ gravitationnel de la Terre ou pour détecter des ondes gravitationnelles. Une équipe de scientifiques allemands a réussi à réaliser pour la première fois avec succès l’interférométrie atomique dans l’espace – à bord d’une fusée-sonde. “Nous avons établi la base technologique de l’interférométrie atomique à bord d’une fusée-sonde et démontré que de telles expériences sont non seulement possibles sur Terre, mais aussi dans l’espace”, a déclaré le professeur Patrick Windpassinger de l’Institut de physique de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU ), dont l’équipe a participé à l’enquête. Les résultats de leurs analyses ont été publiés dans Nature Communications.

Une équipe de chercheurs de diverses universités et centres de recherche dirigée par l’Université Leibniz de Hanovre a lancé la mission MAIUS-1 en janvier 2017. Il s’agit depuis de la première mission de fusée sur laquelle un condensat Bose-Einstein a été généré dans l’espace. Cet état particulier de la matière se produit lorsque des atomes – dans ce cas des atomes de rubidium – sont refroidis à une température proche du zéro absolu, soit moins 273 degrés Celsius. “Pour nous, cet ensemble ultra-froid représentait un point de départ très prometteur pour l’interférométrie atomique”, a expliqué Windpassinger. La température est l’un des facteurs déterminants, car les mesures peuvent être effectuées avec plus de précision et pendant des périodes plus longues à des températures plus basses.

Interférométrie atomique: Génération d’interférences atomiques par séparation spatiale et superposition ultérieure d’atomes

Au cours des expériences, le gaz des atomes de rubidium a été séparé par irradiation laser puis superposé. En fonction des forces agissant sur les atomes sur leurs différents chemins, plusieurs modèles d’interférence peuvent être produits, qui à leur tour peuvent être utilisés pour mesurer les forces qui les influencent, telles que la gravité.

Jeter les bases de mesures de précision

L’étude a d’abord démontré la cohérence, ou la capacité d’interférence, du condensat de Bose-Einstein en tant que propriété fondamentalement requise de l’ensemble atomique. Pour cela, les atomes de l’interféromètre n’ont été que partiellement superposés en faisant varier la séquence lumineuse, ce qui, dans le cas de la cohérence, a conduit à la génération d’une modulation d’intensité spatiale. L’équipe de recherche a ainsi démontré la viabilité du concept, ce qui peut conduire à d’autres expériences visant la mesure du champ gravitationnel terrestre, la détection des ondes gravitationnelles et un test du principe d’équivalence d’Einstein.

Encore plus de mesures seront possibles lorsque MAIUS-2 et MAIUS-3 seront lancés

Dans un proche avenir, l’équipe souhaite aller plus loin et étudier la faisabilité de l’interférométrie atomique de haute précision pour tester le principe d’équivalence d’Einstein. Deux autres lancements de fusées, MAIUS-2 et MAIUS-3, sont prévus pour 2022 et 2023, et sur ces missions, l’équipe a également l’intention d’utiliser des atomes de potassium, en plus des atomes de rubidium, pour produire des diagrammes d’interférence. En comparant l’accélération en chute libre des deux types d’atomes, un test du principe d’équivalence avec une précision jusqu’alors inaccessible peut être facilité. << La réalisation de ce type d'expérience serait un objectif futur sur les satellites ou la Station spatiale internationale ISS, éventuellement au sein de BECCAL, le laboratoire des condensats et des atomes froids de Bose Einstein, qui est actuellement en phase de planification. Dans ce cas, la précision réalisable ne serait pas être contraint par le temps limité de chute libre à bord d'une fusée », a expliqué le Dr André Wenzlawski, membre du groupe de recherche de Windpassinger à JGU, qui est directement impliqué dans les missions de lancement.

L’expérience est un exemple du domaine de recherche très actif des technologies quantiques, qui comprend également des développements dans les domaines de la communication quantique, des capteurs quantiques et de l’informatique quantique.

La mission de fusée-sonde MAIUS-1 a été mise en œuvre dans le cadre d’un projet conjoint impliquant l’Université Leibniz de Hanovre, l’Université de Brême, l’Université Johannes Gutenberg de Mayence, l’Université de Hambourg, la Humboldt-Universität zu Berlin, le Ferdinand-Braun-Institut à Berlin et l’Aérospatiale allemande. Centre (DLR). Le financement du projet a été organisé par l’Administration spatiale du Centre aérospatial allemand et les fonds ont été fournis par le Ministère fédéral allemand des affaires économiques et de l’énergie sur la base d’une résolution du Bundestag allemand.

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