19 de enero de 2021 (Noticias de Nanowerk) El GPS basado en satélites es un invento maravilloso, pero incluso el GPS tiene sus limitaciones, como para navegar bajo el agua o cuando uno de los satélites en órbita no funciona correctamente. El GPS, como los atlas y los mapas de papel, funciona con parámetros de distancia y altura, pero hay otras formas de medir ubicaciones y rutas, por ejemplo, trazando el campo gravitacional de la Tierra o, en un futuro cercano, basando sistemas de guía muy pequeños en las trayectorias de los átomos. Estos sistemas atómicos podrían utilizarse para la navegación sin GPS. Estos sistemas atómicos, conocidos como interferómetros de átomos fríos, funcionan según un principio cuántico bien conocido. Las partículas cuánticas como fotones o electrones pueden actuar como ondas; como ondas se dividen en dos en un dispositivo como un interferómetro y luego se recombinan, los patrones de interferencia entre las dos ondas revelan información sobre la trayectoria de esa partícula. La creación de interferómetros que funcionen con ondas de materia atómica es significativamente más desafiante que con la luz, porque para funcionar correctamente como partículas cuánticas, los átomos deben enfriarse a temperaturas de unas pocas millonésimas de grado por encima del cero absoluto. No obstante, los investigadores de varios laboratorios líderes en todo el mundo han estado desarrollando la tecnología, en parte como un medio de navegación de alta precisión. El método también puede medir cambios leves en las fuerzas gravitacionales que actúan sobre el átomo.
Una nube de átomos fríos filmada a intervalos de 0.1 segundos en caída libre. El movimiento de los átomos es parabólico, debido a la gravedad, mientras que la nube se expande radialmente debido a su temperatura finita (distinta de cero). A medida que caen, son interrogados por tres pulsos láser, al principio, en la mitad y al final de su trayectoria. (Imagen: Instituto de Ciencias Weizmann) Investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann demostraron recientemente una forma de hacer que esta tecnología sea aún más útil, ampliando en gran medida el rango de mediciones que puede realizar (Science Advances, "Interferometría atómica con un aumento de mil veces en el rango dinámico"). Chen Avinadav y el Dr. Dimitry Yankelev en los grupos del Dr. Ofer Firstenberg y el Prof. Nir Davidson, todos en el Departamento de Física de Sistemas Complejos, dirigieron esta investigación. Los interferómetros son generalmente muy sensibles, pero su alcance es limitado. Medir con un instrumento como un interferómetro tiene las mismas limitaciones que pesar algo en una balanza mecánica: siempre existe una compensación entre el rango de medición y la sensibilidad. Su báscula de baño, por ejemplo, tiene un rango de alrededor de 100 kilogramos, pero no puede decir si su peso ha cambiado en unos pocos gramos. Su báscula de cocina, por otro lado, tiene un rango de alrededor de un kilogramo, pero es sensible hasta un gramo o menos. Los investigadores del Instituto encontraron una forma de evitar esta limitación para los interferómetros atómicos realizando varias mediciones a escalas ligeramente diferentes. Cuando se combinan, las ondas interferentes generan el llamado patrón muaré, que amplía el rango de la medición muchas veces. En el presente estudio, el equipo de investigación logró aprovechar sus mejoras anteriores para obtener mediciones de muaré, así como reducir el ruido inherente al proceso. Desarrollaron un sistema basado en mediciones simultáneas de dos escalas en configuraciones de interferómetro que eran idénticas en todos los demás aspectos.
El efecto muaré: dos escalas finas casi idénticas proporcionan una alta sensibilidad de medición, mientras que la escala gruesa generada en su superposición aumenta el rango de medición. (Imagen: Instituto de Ciencias Weizmann) Cuando se tomaron dos o tres de estas mediciones en rápida sucesión, el rango de medición podría extenderse hasta mil veces, casi sin sacrificar la sensibilidad de esas mediciones. Y esto podría ser solo el comienzo, dice Firstenberg. Los dos laboratorios están planificando experimentos futuros con aún más escalas, para ver si es posible extender el rango aún más. Estos interferómetros atómicos se promocionan para dos aplicaciones principales: navegación inercial, que funciona a estima desde un punto de partida, y mapeo gravitacional que, entre otras cosas, puede ayudar en la búsqueda de recursos naturales. La nueva técnica podría representar un avance significativo en los esfuerzos por crear aplicaciones cotidianas en el campo.
Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57048.php
