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La Óptica Avanzada del Átomo para la Detección de Ondas Gravitacionales Teóricamente Previstas

Published on October 19, 2012 at 6:11 AM

Una tecnología pionera capaz de la precisión del atómico-nivel ahora se está desarrollando para detectar qué ha seguido siendo hasta ahora imperceptible: ondas gravitacionales u ondulaciones en el espacio-tiempo causado por acciones cataclísmicas incluyendo incluso Big Bang sí mismo.

Einstein predijo ondas de gravedad en su teoría de la relatividad general, pero hasta la fecha estas ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo nunca se han observado. Ahora una técnica de la investigación científica llamada Atomic Interferometry está intentando reescribir el canon. Conjuntamente con investigadores en la Universidad de Stanford, los científicos en NASA Goddard están desarrollando un sistema para medir las vibraciones gravitacionales débiles generadas por el movimiento de objetos masivos en el universo. La rentabilidad científica podía ser importante, ayudando clarifica mejor las cuestiones claves en nuestra comprensión del cosmología. Pero la rentabilidad de la aplicación podía ser sustancial, también, con el potencial de desarrollar avances profundos en campos como el geolocation y el timekeeping. En este vídeo examinamos cómo el sistema trabajaría, y los apuntalamientos científicos del esfuerzo de investigación. Haber: Centro del Vuelo Espacial de NASA/Goddard

Las personas de investigadores en Goddard Space Flight Center de la NASA en Zona verde, el Md., la Universidad de Stanford en California, y AOSense, Inc., en Sunnyvale, California, ganaron recientemente el financiamiento bajo programa Avanzado Innovador de los Conceptos (NIAC) de la NASA para avance tecnologías de las átomo-ópticas. Algunos creen este emerger, la tecnología altamente exacta de la medición es una panacea tecnológica para todo de medir ondas gravitacionales a los submarinos y a los aeroplanos que navegan.

“He estado siguiendo esta tecnología por una década,” dijo a Bernie Seery, segundo comandante de Goddard que era instrumental en el establecimiento de la sociedad estratégica de Goddard con la Universidad de Stanford y AOSense hace dos años. “La tecnología ha venido de edad y Me encantan que la NASA ha elegido este esfuerzo para una recompensa de NIAC,” él dijo.

El programa de NIAC utiliza las tecnologías potencialmente revolucionarias, de alto riesgo y los conceptos de la misión que podrían avance los objetivos de la NASA. “Con este financiamiento y otro soporte, podemos movernos delante más rápidamente ahora, Seery dijo, agregando que el militar de los E.E.U.U. ha invertido pesado en la tecnología para mejorar dramáticamente la navegación. “Abre una gran cantidad de posibilidades.”

Aunque los investigadores crean la tecnología ofrece la gran promesa para una variedad de aplicaciones del espacio, incluyendo la navegación alrededor de un asteroide próximo a la tierra para medir su campo gravitacional y para deducir su composición, se han centrado hasta ahora sus esfuerzos en usar el financiamiento de germen de Goddard y de la Investigación y desarrollo de la NASA para avance los sensores que podrían detectar ondas gravitacionales teóricamente previstas.

Predicho por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, las ondas gravitacionales ocurren cuando los objetos celestiales masivos se mueven y rompen el tejido del espacio-tiempo alrededor de ellos. Para el momento en que estas ondas alcancen la Tierra, son tan débiles que el planeta despliega y contrata menos que un átomo en la reacción. Esto hace su detección con el equipo terrestre más desafiadora porque el ruido ambiental, como mareas del océano y terremotos, puede hundir fácilmente sus murmurings débiles.

Aunque las observaciones astrofísicas hayan implicado su existencia, ningún instrumento u observatorio, incluyendo el Observatorio terrestre de la Gravitacional-Onda del Interferómetro del Laser, los ha detectado siempre directamente.

Si los científicos confirmaran su existencia, dicen que el descubrimiento revolucionaría la astrofísica, dándoles una nueva herramienta para estudiar todo de inspiralling los calabozos al universo temprano antes de la niebla del plasma del hidrógeno enfriada para llevar a la formación de átomos.

Las personas creen que la óptica del átomo o interferometría del átomo lleva a cabo el clave directamente a detectarlos.

La interferometría del Átomo trabaja como interferometría óptica, una técnica de 200 años ampliamente utilizada en ciencia e industria para obtener mediciones altamente exactas. Obtiene estas mediciones comparando la luz que ha estado partida en dos mitades iguales con un dispositivo llamado un beamsplitter. Un haz refleja de un espejo que se repare en el lugar; de allí, viaja a una cámara o a un detector. El otro brilla con que algo los científicos quieren medir. Entonces refleja de un segundo espejo, trasero a través del beamsplitter, y entonces sobre una cámara o un detector.

Porque el camino que los viajes de un haz están reparados de largo y el otro viaja una distancia extra o en una cierta otra ligeramente manera diferente, los dos haces luminosos traslapa e interfiere cuando se encuentran hacia arriba, creando un modelo de interferencia que los científicos revisan para obtener mediciones altamente exactas.

La interferometría del Átomo, sin embargo, se articula en la mecánica cuántica, la teoría que describe cómo la materia se comporta en las escalas submicroscópicas. Apenas como ondas de la luz pueden actuar como las partículas llamadas los fotones, átomos se pueden engatusar en actuar como ondas si están enfriados a cero absoluto cercano. En esas temperaturas frígidas, que los científicos logran encendiendo un laser en el átomo, su velocidad se reduce a casi cero. Encendiendo otra serie de pulsos del laser en los átomos laser-enfriados, los científicos los ponen en lo que llaman una “superposición de estados.”

Es decir los átomos tienen diversos impulsos permiso que se separan espacial y que son manipulados para volar a lo largo de diversas trayectorias. Eventual, cruzan los caminos y recombinan en el detector - apenas como en un interferómetro convencional. Los “Átomos tienen una manera de ser en dos lugares inmediatamente, haciéndolo análogo para encender interferometría,” dijo la Marca Kasevich, profesor de Universidad de Stanford y pieza de personas ingresados en cuenta con activar las fronteras de las ópticas del átomo.

La potencia de la interferometría del átomo es su precisión. Si el camino que un átomo toma varía por incluso un picometer, un interferómetro del átomo podría detectar la diferencia. Dado su precisión del atómico-nivel, la “detección de la gravitacional-onda es discutible la aplicación científica que obliga lo más para esta tecnología en espacio,” dijo al físico Babak Saif, que está llevando el esfuerzo en Goddard.

Desde fuerzas que ensamblaban, las personas han diseñado un sistema fibroóptico potente, de banda estrecha del laser que proyectan probar a la una de los interferómetros más grandes del átomo del mundo - una torre de la caída de 33 pies en el sótano de un laboratorio de la física de la Universidad de Stanford. Ciérrese científico a lo que necesitarían las personas detectar las ondas gravitacionales teóricas, la tecnología sería utilizada como el asiento para cualquier instrumento átomo-basado creado para volar en espacio, Saif dijo.

Durante la prueba, las personas insertarán una nube de los átomos neutrales del rubidio dentro de la torre de 33 pies. Mientras Que la gravedad afirma que un tirón en la nube y los átomos comienzan a bajar, las personas utilizarán su nuevo sistema del laser para encender pulsos de luz para enfriarlos. Una Vez en el estado ondulado, los átomos encontrarán otro cartucho de los pulsos del laser que permiten que se separen espacial. Sus trayectorias entonces se pueden manipular de modo que sus caminos crucen en el detector, creando el modelo de interferencia.

Las personas también están ajustando un concepto de la misión de la gravitacional-onda que han formulado. Similar a la Antena del Espacio del Interferómetro del Laser (LISA), el concepto pide la nave espacial idénticamente equipada tres colocada en una configuración triángulo-dada forma. A Diferencia de LISA, sin embargo, la nave espacial vendría equipado de los interferómetros del átomo y estarían en órbita mucho más cercano a uno otro - entre 500 y 5.000 kilómetros aparte, comparado con la separación del cinco-millón-kilómetro de LISA. Si una onda gravitacional laminara más allá, los interferómetros podrían detectar el movimiento minúsculo.

“Creo que esta tecnología trabajará eventual en espacio,” Kasevich dijo. “Solamente presenta un reto realmente complicado de los sistemas que vaya más allá de nuestra experiencia. ¿Nosotros quiere realmente volar en espacio, pero cómo usted ajusta esta tecnología sobre un satélite? Hacer que algo trabaje en espacio es diferente que las mediciones que tomamos en la Tierra.”

aquí es adonde entra Goddard, Saif dijo. “Tenemos experiencia con todo excepto la pieza del átomo,” él dijo, agregando que AOSense emplea ya a personas de más de 30 físicos y representantes técnicos centrados en la construcción compacta, los instrumentos construidos sólidamente de las átomo-ópticas. “Podemos hacer el diseño de sistemas; podemos hacer el laser. Somos gente de la nave espacial. Qué no debemos hacer está reinventando la física atómica. Ése es el forte de nuestros socios.”

Fuente: http://www.nasa.gov/

Last Update: 19. October 2012 06:40

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