Primo utilizzo dell'interferometro atomico per misurare l'accelerazione degli aerei

La materia ha l'incredibile capacità di comportarsi come onde oltre che come particelle, ma i fisici hanno impiegato un po' di tempo per sfruttare questo effetto. Negli ultimi anni, tuttavia, vari gruppi in tutto il mondo hanno perfezionato l'arte di creare fasci di atomi simili a laser e consentire loro di interferire per generare schemi di interferenza.

I cosiddetti interferometri atomici hanno un enorme potenziale. Poiché la lunghezza d'onda di atomi e molecole può essere inferiore a quella della luce, gli interferometri possono essere molto più precisi.

Inoltre, a differenza della luce, gli atomi sono influenzati dalla gravità terrestre, che consente misurazioni di questa forza con una precisione senza precedenti. Questo viene fatto in speciali laboratori sotterranei dove i dispositivi possono essere isolati da influenze esterne o in esperimenti di caduta libera, dove i dispositivi possono sperimentare un breve periodo di 0 g.

Ma c'è un'altra cosa che gli interferometri atomici dovrebbero essere in grado di fare: misurare l'accelerazione. In teoria, questi dispositivi hanno il potenziale per agire come accelerometri sensibili almeno quanto i moderni sistemi di navigazione inerziale. E dovrebbero essere anche più robusti, anche perché funzionano senza parti mobili (convenzionali).

Ma c'è un problema. Gli interferometri atomici sono così sensibili che la minima vibrazione travolge i risultati. E questo li escludeva come utili sensori inerziali.

Finora. Oggi, Remi Geiger del Laboratoire Charles Fabry di Parigi e il gruppo di amis, hanno costruito il primo interferometro atomico in grado di misurare i movimenti di un aereo. Hanno persino testato il loro dispositivo su un Airbus A300, affermando che è in grado di misurare accelerazioni 300 volte inferiori ai movimenti dell'aereo.

Il trucco che questi ragazzi hanno perfezionato è un modo per eliminare gli effetti di grandi vibrazioni che altrimenti travolgerebbero le loro misurazioni. Lo fanno con accelerometri meccanici collegati al loro kit, che registrano il movimento su larga scala dell'aereo.

Quindi prendono semplicemente queste misurazioni dall'accelerazione misurata dall'interferometro atomico. Questo rivela le variazioni molto piccole misurate dall'interferometro atomico.

Il nostro strumento è costituito da un sensore ibrido in grado di misurare grandi accelerazioni grazie ai dispositivi meccanici e in grado di raggiungere un'alta risoluzione grazie all'accelerometro atomico, affermano Geiger e co.

Ciò potrebbe avere un impatto significativo sui sistemi di navigazione poiché questo tipo di accuratezza potrebbe aiutare a correggere gli errori che si insinuano nei sistemi di navigazione inerziale convenzionali.

Ma la tecnica potrebbe aiutare anche in altre aree, come la geodesia e la gravimetria, che misurano piccoli cambiamenti nel campo gravitazionale terrestre.

Potrebbe anche rendere più facili gli esperimenti di fisica fondamentale in microgravità. Un esperimento importante consiste nel porre dei limiti a un principio noto come Universalità della caduta libera o principio di equivalenza debole. Questa è l'idea che tutti i corpi cadono alla stessa velocità, indipendentemente dalla loro struttura interna.

I fisici hanno misurato questo a una parte in 10^13, ma alcune teorie prevedono che misurazioni più precise dovrebbero rivelare una deviazione. In altre parole, la struttura interna di un corpo dovrebbe influenzare il modo in cui cade sotto gravità, ma solo di una piccola quantità.

Fino ad ora, tutti gli esperimenti per misurare questo in microgravità hanno utilizzato due diversi interferometri atomici per eliminare il rumore. In effetti, misurano la differenza nel modo in cui cadono due atomi diversi. Ma questo tipo di misurazione relativa non è l'ideale.

La nuova tecnica darà ai fisici un modo per misurare direttamente l'accelerazione di un singolo tipo di atomo, una tecnica che potrebbe portare a misurazioni di una parte su 10^15 negli esperimenti spaziali.

E poiché l'Agenzia spaziale europea ha selezionato proprio un test del genere per la sua prossima generazione di esperimenti noti come Cosmic Vision 2020-22, per allora potremmo vederne una versione in orbita.

Rif: arxiv.org/abs/1109.5905 : Rilevamento degli effetti inerziali con l'interferometria delle onde di materia aerotrasportata

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