Un team di fisici dell’Università del Colorado Boulder ha superato una delle principali limitazioni dell’interferometria atomica: la possibilità di misurare l’accelerazione su tutti e tre gli assi spaziali, non solo su uno. Il dispositivo realizzato – un interferometro atomico – rappresenta un passo avanti nella sensoristica quantistica, campo in rapida evoluzione che combina fisica fondamentale, laser ultrafini e algoritmi di intelligenza artificiale.
Interferometro atomico 3D: l’accelerazione si misura con le onde
Il principio su cui si basa il sensore è l’interferometria atomica, resa possibile raffreddando migliaia di atomi di rubidio fino a pochi miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto. In questo stato estremo, gli atomi entrano in una condizione chiamata condensato di Bose-Einstein (BEC), comportandosi come onde e non più come singole particelle.
Grazie a sei laser sottili quanto un capello umano, i ricercatori hanno confinato gli atomi in un reticolo ottico e, con l’aiuto dell’AI, li hanno manipolati per generare schemi di interferenza. Questi pattern rivelano in modo estremamente preciso l’accelerazione subita dal sistema.
Nonostante l’apparente complessità, il sistema ha dimensioni contenute – simili a quelle di un tavolo da air hockey – e ospita 18 fasci laser all’interno di una camera a vuoto. Il prototipo è già in grado di rilevare accelerazioni migliaia di volte più deboli rispetto a quella terrestre.
A differenza degli accelerometri elettronici tradizionali, che col tempo tendono a degradarsi, il dispositivo quantistico mantiene inalterata la sua precisione nel tempo. Il team ha già ricevuto un finanziamento da 5,5 milioni di dollari dalla NASA attraverso il Quantum Pathways Institute, con l’obiettivo di ottimizzare ulteriormente la sensibilità e miniaturizzarne l’ingombro.
Questa tecnologia ha potenzialità che vanno ben oltre la ricerca di laboratorio: in futuro, versioni più leggere e robuste del sensore potrebbero trovare impiego in veicoli autonomi, sommergibili e missioni spaziali, offrendo un’alternativa stabile e autonoma al sistema GPS.
La capacità di misurare l’accelerazione vettoriale in tre dimensioni con estrema precisione apre le porte a nuove modalità di rilevamento geofisico, esplorazione sotterranea e navigazione in ambienti ostili, dove i segnali esterni sono deboli o assenti.
L’esperimento è stato descritto in dettaglio sulle pagine di Science Advances.
