A NASA está conduzindo um experimento quântico único a bordo da Estação Espacial Internacional

Pela primeira vez no mundo, uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu produzir um gás quântico composto por dois tipos de átomos a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Essa conquista, que abre caminho para a aplicação de tecnologias quânticas no espaço, é resultado de experimentos realizados remotamente da Terra.

Um novo passo na pesquisa quantitativa

A bordo do Laboratório Cold Atom da NASA, os pesquisadores produziram condensados ​​de Bose-Einstein, um estado quântico da matéria obtido pelo resfriamento de gás atômico a temperaturas próximas do zero absoluto.

Segundo Nicholas Bigelow, professor de física e óptica da universidadeUniversidade de RochesterEstas ferramentas quânticas poderiam ser utilizadas para melhorar o estudo da matéria quântica, facilitar as viagens interplanetárias, ajudar a resolver os mistérios do universo e aprofundar a nossa compreensão das leis fundamentais da natureza.

Professor Bigelow, que também é diretor do consórcio financiado pela Space Ultracold Atoms NASAEle enfatiza que a ausência de gravidade permite maior precisão de medição e detecção de efeitos sutis que a gravidade pode mascarar.

Para uma melhor compreensão da energia escura

Graças a esta nova capacidade, o Cold Atom Laboratory pode agora estudar não apenas as propriedades quânticas de átomos individuais, mas também a química quântica, que se concentra na interação e combinação de diferentes tipos de átomos num estado quântico. Assim, os pesquisadores poderão realizar uma gama mais ampla de experimentos e aprofundar seus conhecimentos sobre as nuances de sua implementação na microgravidade.

Um dos mistérios que os cientistas esperam resolver diz respeito ao princípio da equivalência, que afirma que a gravidade afeta todos os objetos da mesma forma, independentemente da sua massa. Este princípio faz parte da teoria geral da relatividadeAlbert EinsteinNão se enquadra exatamente nas leis da física quântica, que descrevem o comportamento de pequenos objetos como os átomos.

Os cientistas já tentaram Interferômetros atômicos Na Terra para verificar se o princípio da equivalência é válido a nível atómico, mas poderão testá-lo com mais precisão no espaço graças ao Laboratório Cold Atom.

Sintético

Esta conquista representa um marco importante na aplicação de tecnologias quânticas no espaço. Os pesquisadores planejam usar um interferômetro de gás diatômico para medir a gravidade com alta precisão e aprender mais sobre a natureza da energia escura, o misterioso motor da expansão acelerada do universo.

O conhecimento adquirido poderá levar ao desenvolvimento de sensores precisos para uma ampla gama de aplicações, incluindo navegação no espaço profundo e melhoria dos relógios espaciais, que são essenciais para muitos aspectos da vida moderna, como a Internet, a banda larga e o GPS.

Para melhor compreensão

O que é um condensado de Bose-Einstein?

Um condensado de Bose-Einstein é um estado quântico da matéria obtido pelo resfriamento de um gás atômico a temperaturas próximas do zero absoluto.

Qual é o papel da gravidade nos experimentos quânticos?

A gravidade pode limitar a precisão das medições na física fundamental. Sua ausência permite obter maior precisão de medição e detectar efeitos sutis que podem ser mascarados pela gravidade.

Qual é o princípio da equivalência?

O princípio da equivalência, parte da teoria da relatividade geral de Albert Einstein, afirma que a gravidade afeta todos os objetos da mesma maneira, independentemente da sua massa.

O que é energia escura?

A energia escura é a misteriosa força motriz por trás da expansão acelerada do universo. Sua natureza exata ainda é desconhecida.

Quais são os benefícios potenciais das tecnologias quânticas no espaço?

As tecnologias quânticas no espaço podem levar ao desenvolvimento de sensores precisos para uma ampla gama de aplicações, incluindo navegação no espaço profundo e melhoria dos relógios espaciais.

Lições principais

Ensinamentos
1. Produção de um gás quântico composto por dois tipos de átomos a bordo da Estação Espacial Internacional.
2. Utilizar ferramentas quânticas para melhorar o estudo da matéria quântica e facilitar as viagens interplanetárias.
3. A ausência de gravidade permite maior precisão de medição em física fundamental.
4. Uma oportunidade para estudar química quântica, que se concentra na interação e fusão de diferentes tipos de átomos no estado quântico.
5. Os cientistas podem testar o princípio da equivalência com mais precisão no espaço, utilizando um laboratório de átomos frios.
6. Os pesquisadores planejam usar um interferômetro de gás diatômico e gases quânticos para medir a gravidade com alta precisão.
7- O conhecimento adquirido pode levar ao desenvolvimento de sensores precisos para uma ampla gama de aplicações.
8. As tecnologias quânticas no espaço poderiam melhorar os relógios espaciais, que são essenciais para muitos aspectos da vida moderna.
9. Os investigadores esperam aprender mais sobre a natureza da energia escura, o misterioso motor por detrás da expansão acelerada do Universo.
10. Os experimentos são conduzidos remotamente da Terra.

Referências

Legenda principal: O Laboratório de Átomos Frios na Estação Espacial Internacional produz nuvens de átomos “ultrafrios”, a temperatura mais fria que a matéria pode atingir. Por meio de experimentos realizados em laboratório e controlados remotamente na Terra, uma equipe de pesquisadores internacionais conseguiu produzir condensados ​​de Bose-Einstein, um estado quântico da matéria que consiste em um gás atômico resfriado a temperaturas próximas do zero absoluto. (foto JPL/NASA)

O artigo original foi publicado na revista Nature. “Misturas Quânticas de Gases e Interferometria Atômica de Dois Tipos no Espaço” – DOI: 10.1038/s41586-023-06645-s

[ Rédaction ]