Bilim adamları, çevremizdeki dünyanın en hassas ölçümlerinden bazılarını yapmak için, atom interferometri adı verilen bir teknik kullanarak, atom ölçeğine kadar küçülme eğilimindedir.
Şimdi, bilim adamları, bilim yüklerini alçak Dünya uzayına taşımak için özel olarak tasarlanmış sondaj roketini kullanarak uzayda ilk kez bu tür bir ölçüm gerçekleştirdiler.
Temel fizikten navigasyona kadar uzanan bilim uygulamaları için uzayda madde dalgası interferometrisi yapabilmek için önemli bir adım.
Almanya’daki Johannes Gutenberg Üniversitesi’nden fizikçi Patrick Windpassinger, “Sondaj roketinin üzerinde atom interferometri için teknolojik bir temel oluşturduk ve bu tür deneylerin sadece Dünya’da değil, uzayda da mümkün olduğunu gösterdik,” dedi.
İnterferometri, kavram olarak nispeten basittir. İki özdeş dalgayı alır, ayırır, yeniden birleştirir ve aradaki küçük farkı – faz kayması olarak adlandırılır – bu mesafeye neden olan kuvveti ölçmek için kullanırsınız.
Buna girişim modeli denir. Ünlü bir örnek, LIGO’nun yerçekimi dalgalarını ölçen ışık girişimölçeridir: Bir ışık huzmesi iki mil uzunluğunda iki tünele bölünür, aynalardan sektirilir ve yeniden birleştirilir. Ortaya çıkan girişim modeli, milyonlarca ışık yılı uzaklıktaki kara deliklerin çarpışmasının neden olduğu yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılabilir.
Atomların dalga benzeri davranışından yararlanan atom interferometriyi başarmak biraz daha zordur, ancak çok daha küçük bir aparat avantajına sahiptir. Yerçekimi gibi şeyleri yüksek bir hassasiyetle ölçmek için kullanılabileceği uzayda çok faydalı olurdu; Bu nedenle, Alman araştırmacılardan oluşan bir ekip, bunu gerçekleştirmek için yıllardır çalışıyor.
İlk adım, Bose-Einstein yoğunlaşması adı verilen bir madde durumu yaratmaktır. Bunlar, soğutulmuş atomlardan, mutlak sıfırın sadece bir kısmına kadar oluşur (ancak mutlak sıfıra ulaşmaz, bu noktada atomlar hareket etmeyi bırakır). Bu, onların en düşük enerji düzeylerine düşmelerine, son derece yavaş hareket etmelerine ve kuantum süperpozisyonunda üst üste binmelerine neden olur – tek bir ‘süper atom’ veya madde dalgası gibi davranan yüksek yoğunluklu bir atom bulutu üretir.
Bu, interferometri için ideal bir başlangıç noktasıdır, çünkü atomların hepsi aynı şekilde davranıyor ve ekip, 2017’de bir rubidyum atomu gazıyla sondaj roketini kullanarak uzayda ilk kez bir Bose-Einstein yoğunlaşması yaratmayı başardı.
Windpassinger, “Bizim için bu ultra soğuk topluluk, atom interferometrisi için çok umut verici bir başlangıç noktasını temsil etti,” dedi.
Araştırmalarının bir sonraki aşaması için, üst üste binen atomları ayırmak ve yeniden birleştirmek zorunda kaldılar. Araştırmacılar bir kez daha rubidyum Bose-Einstein kondensatını yarattılar, ancak bu sefer gazı ışınlamak için lazerler kullandılar, atomların ayrılmasına ve ardından süperpozisyonda bir araya gelmelerine neden oldular.
Ortaya çıkan girişim modeli, sondaj roketinin mikro yerçekimi ortamından net bir etki gösterdi ve bu da, biraz incelikle, tekniğin bu ortamı yüksek hassasiyette ölçmek için kullanılabileceğini düşündürdü.
Araştırmanın 2022 ve 2023 için planlanan bir sonraki adımı, serbest düşüş altında ivmelerini gözlemlemek için ayrı Bose-Einstein rubidyum ve potasyum kondensatlarını kullanarak testi tekrar denemektir.
Rubidyum ve potasyum atomları farklı kütlelere sahip olduklarından, araştırmacılar, Einstein’ın eşdeğerlik ilkesinin ilginç bir testini yapacak, diyor araştırmacılar, yerçekiminin kendi kütlelerine bakılmaksızın tüm nesneleri eşit şekilde hızlandırdığını ifade ediyor.
Apollo 15 Komutanı David Scott tarafından Ay’da yapılan ünlü tüy ve çekiç deneyinde de görülebileceği gibi, prensip uzayda daha önce araştırılmıştı. Eşdeğerlik ilkesi, genel göreliliğin temel taşlarından biridir ve görelilik kuantum aleminde bozulma eğilimindedir, bu nedenle planlanan deneyler gerçekten çok ilginç olacak şekilde ayarlanmıştır.
Ve gelecekte daha da ilginç olacak. Sondaj roketleri yörünge altı uçuşlarda yukarı çıkıyor ve aşağı iniyor, ancak Dünya yörüngesinde daha da fazla Bose-Einstein yoğuşma deneyi gerçekleştirme planları var.
Johannes Gutenberg Üniversitesi’nden fizikçi André Wenzlawski, “Bu tür bir deneyi gerçekleştirmek, uydularda veya Uluslararası Uzay İstasyonu ISS’de, muhtemelen şu anda planlama aşamasında olan Bose Einstein Yoğuşma ve Soğuk Atom Laboratuvarı dahilinde, gelecekteki bir hedef olacaktır” dedi. Almanya’da Mainz.
“Bu durumda, elde edilebilir doğruluk, bir roket üzerindeki sınırlı serbest düşme süresi ile sınırlandırılmayacaktır.”
Sadece birkaç yıl içinde, genel görelilik kuantum testleri, yerçekimi dalgalarının tespiti ve hatta karanlık madde ve karanlık enerji arama gibi uygulamalar için atom interferometriyi kullanıyor olabilirdik.
Bundan sonra ne olacağını görmek için sabırsızlanıyoruz.
Ekibin araştırması yayınlandı Doğa İletişimi.
.