Sistema Ótico Avançado do Átomo para a Detecção de Ondas Gravitacionais Teòrica Previstas

Published on October 19, 2012 at 6:11 AM

Uma tecnologia de abertura de caminhos capaz da precisão do atômico-nível está sendo desenvolvida agora para detectar o que tem permanecido até agora imperceptível: ondas gravitacionais ou ondinhas no espaço tempo causado pelos eventos cataclísmicos que incluem mesmo Big Bang próprias.

Einstein previu ondas de gravidade em sua teoria de relatividade geral, mas estas ondinhas na tela do espaço tempo foram observadas até agora nunca. Agora uma técnica da investigação científica chamada Atômico Interferometria está tentando reescrever o cânone. Conjuntamente com pesquisadores na Universidade de Stanford, os cientistas em NASA Goddard estão desenvolvendo um sistema para medir as vibrações gravitacionais fracas geradas pelo movimento de objetos maciços no universo. A recompensa científica podia ser importante, ajudando esclarece melhor as questões básicas em nossa compreensão da cosmologia. Mas a recompensa da aplicação podia ser substancial, também, com o potencial desenvolver avanços profundos nos campos como o geolocation e o timekeeping. Neste vídeo nós examinamos como o sistema trabalharia, e os sustentamentos científicos do esforço de pesquisa. Crédito: Centro do Vôo Espacial de NASA/Goddard

Uma equipe dos pesquisadores em Goddard Space Flight Center da NASA no Cinturão verde, na DM., na Universidade de Stanford em Califórnia, e no AOSense, Inc., em Sunnyvale, Califórnia, ganhou recentemente o financiamento sob o programa Avançado Inovativo dos Conceitos (NIAC) da NASA para avançar tecnologias dos átomo-sistemas óticos. Alguns acreditam este emergir, a tecnologia altamente precisa da medida é uma panaceia tecnologico para tudo de medir ondas gravitacionais aos submarinos e aos aviões de direcção.

“Eu tenho seguido esta tecnologia por uma década,” disse Bernie Seery, um executivo de Goddard que fosse instrumental em estabelecer a parceria estratégica de Goddard com Universidade de Stanford e AOSense dois anos há. “A tecnologia veio da idade e Eu sou deleitado que a NASA escolheu este esforço para uma concessão de NIAC,” disse.

O programa de NIAC apoia as tecnologias e os conceitos potencial revolucionários, de alto risco da missão que poderiam avançar os objetivos da NASA. “Com este financiamento e outro apoio, nós podemos mover-se adiante mais rapidamente agora, Seery disse, adicionando que as forças armadas dos E.U. investiram pesadamente na tecnologia para melhorar dramàtica a navegação. “Abre uma riqueza das possibilidades.”

Embora os pesquisadores acreditassem a tecnologia oferece a grande promessa para uma variedade de aplicações do espaço, incluindo a navegação em torno de um asteróide da próximo-Terra para medir seu campo gravitacional e para deduzir sua composição, têm-se centrado até agora seus esforços sobre a utilização do financiamento de semente de Goddard e de Investigação e Desenvolvimento da NASA para avançar os sensores que poderiam detectar ondas gravitacionais teòrica previstas.

Previsto pela teoria de Albert Einstein de relatividade geral, as ondas gravitacionais ocorrem quando os objetos celestiais maciços se movem e interrompem a tela do espaço tempo em torno deles. Antes que estas ondas alcançarem a Terra, são tão fracas que o planeta expande e contrata menos do que um átomo na resposta. Isto faz sua detecção com equipamento terra-baseado mais desafiante porque o ruído ambiental, como marés do oceano e terremotos, pode facilmente inundar seus murmurings fracos.

Embora as observações astrofísicas não implicassem sua existência, nenhum instrumento ou obervatório, incluir o Obervatório terra-baseado da Gravitacional-Onda do Interferómetro do Laser, tem-nos detectado sempre directamente.

Se os cientistas confirmarem sua existência, dizem que a descoberta revolucionaria a astrofísica, dando lhes uma nova ferramenta para estudar tudo dos buracos negros inspiralling ao universo adiantado antes da névoa do plasma do hidrogênio de refrigeração para levar à formação de átomos.

A equipe acredita que sistema ótico do átomo ou interferometria do átomo guardara a chave directamente aos detectar.

A interferometria do Átomo trabalha bem como a interferometria óptica, uma técnica dos anos de idade 200 amplamente utilizada na ciência e indústria para obter medidas altamente exactas. Obtem estas medidas comparando a luz que foi separação em duas metades iguais com um dispositivo chamado um beamsplitter. Um feixe reflecte fora de um espelho que seja fixado no lugar; de lá, viaja a uma câmera ou a um detector. O outro brilha com que algo os cientistas querem medir. Reflecte então fora de um segundo espelho, traseiro através do beamsplitter, e então em uma câmera ou em um detector.

Porque o trajecto que os cursos de um feixe estão fixados de comprimento e os outro viajam a uma distância extra ou em alguma outra maneira ligeira diferente, os dois feixes luminosos sobrepor e interfere quando se encontrarem acima, criando um teste padrão de interferência que os cientistas inspeccionem para obter medidas altamente precisas.

A interferometria do Átomo, contudo, articula-se na mecânica quântica, a teoria que descreve como a matéria se comporta em escalas submicroscópicas. Apenas como ondas da luz podem actuar como as partículas chamadas os fotão, átomos podem ser amimados na actuação como ondas se de refrigeração a zero absoluto próximo. Naquelas temperaturas frígidos, que os cientistas conseguem despedindo um laser no átomo, sua velocidade retarda a quase zero. Despedindo uma outra série de pulsos do laser em átomos laser-de refrigeração, os cientistas põem-nos no que chamam uma “superposição dos estados.”

Ou seja os átomos têm impulsos diferentes permitindo os separar espacial e ser manipulado para voar ao longo das trajectórias diferentes. Eventualmente, cruzam trajectos e recombine no detector - apenas como em um interferómetro convencional. Os “Átomos têm uma maneira de ser em dois lugares imediatamente, fazendo o análogo para iluminar a interferometria,” disse Mark Kasevich, um professor de Universidade de Stanford e membro da equipa creditados com a empurrão das fronteiras de sistemas óticos do átomo.

A potência da interferometria do átomo é sua precisão. Se o trajecto que um átomo toma varia mesmo por um picometer, um interferómetro do átomo poderia detectar a diferença. Dado sua precisão do atômico-nível, da “a detecção gravitacional-onda é discutìvel o pedido científico de obrigação para esta tecnologia no espaço,” disse o físico Babak Saif, que está conduzindo o esforço em Goddard.

Desde forças de junta, a equipe projectou um sistema poderoso, de faixa estreita do laser da fibra óptica que planeasse testar em um dos interferómetro os maiores do átomo do mundo - uma torre de uma gota de 33 pés no porão de um laboratório de física da Universidade de Stanford. Feche scientifically ao que a equipe precisaria de detectar as ondas gravitacionais teóricas, a tecnologia seria usada como a fundação para todo o instrumento átomo-baseado criado para voar no espaço, Saif disse.

Durante o teste, a equipe introduzirá uma nuvem de átomos neutros do rubídio dentro da torre de 33 pés. Enquanto a gravidade afirma que uma tracção na nuvem e os átomos começam a cair, a equipe usará seu sistema novo do laser para despedir pulsos de luz para refrigerá-los. Uma Vez no onda-como o estado, os átomos encontrarão um outro círculo dos pulsos do laser que permitem que separem espacial. Suas trajectórias então podem ser manipuladas de modo que seus trajectos se cruzem no detector, criando o teste padrão de interferência.

A equipe igualmente está ajustando um conceito que da missão da gravitacional-onda formulou. Similar à Antena do Espaço do Interferómetro do Laser (LISA), o conceito chama para a nave espacial três idêntica equipada colocada em uma configuração triângulo-dada forma. Ao Contrário de LISA, contudo, a nave espacial viria equipado com os interferómetro do átomo e orbitariam muito mais perto de um outro - entre 500 e 5.000 quilômetros distante, comparado com a separação do cinco-milhão-quilômetro de LISA. Se uma onda gravitacional rolar perto, os interferómetro poderiam detectar o movimento minúsculo.

“Eu acredito que esta tecnologia trabalhará eventualmente no espaço,” Kasevich disse. “Mas apresenta um desafio realmente complicado dos sistemas que vá além de nossa experiência. Nós quer realmente voar no espaço, mas como você cabe esta tecnologia em um satélite? Mandar algo trabalhar no espaço é diferente do que as medidas que nós tomamos na Terra.”

isso é o lugar aonde Goddard entra, Saif disse. “Nós temos a experiência com o tudo exceto a peça do átomo,” disse, adicionando que AOSense já emprega uma equipe de mais de 30 físicos e coordenadores centrados sobre a construção compacta, instrumentos ruggedized dos átomo-sistemas óticos. “Nós podemos fazer o projecto de sistemas; nós podemos fazer o laser. Nós somos povos da nave espacial. O Que nós não devemos fazer está reinventando a física atômica. Aquele é o forte dos nossos sócios.”

Source: http://www.nasa.gov/

Last Update: 19. October 2012 06:39

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