Medições extremamente precisas são possíveis usando interferômetros de átomos que empregam o caráter de onda dos átomos para essa finalidade. Eles podem, portanto, ser usados, por exemplo, para medir o campo gravitacional da Terra ou para detectar ondas gravitacionais. Uma equipe de cientistas da Alemanha conseguiu realizar com sucesso a interferometria atômica no espaço pela primeira vez - a bordo de um foguete de sondagem. "Estabelecemos a base tecnológica para interferometria atômica a bordo de um foguete de sondagem e demonstramos que tais experimentos não são possíveis apenas na Terra, mas também no espaço, "disse o professor Patrick Windpassinger do Instituto de Física da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), cuja equipe esteve envolvida na investigação. Os resultados de suas análises foram publicados em Nature Communications .

Uma equipe de pesquisadores de várias universidades e centros de pesquisa liderados pela Leibniz University Hannover lançou a missão MAIUS-1 em janeiro de 2017. Desde então, ela se tornou a primeira missão de foguete na qual um condensado de Bose-Einstein foi gerado no espaço. Este estado especial da matéria ocorre quando os átomos - neste caso, átomos de rubídio - são resfriados a uma temperatura próxima do zero absoluto, ou menos 273 graus Celsius. "Para nós, este conjunto ultracold representou um ponto de partida muito promissor para interferometria atômica, "explicou Windpassinger. A temperatura é um dos fatores determinantes, porque as medições podem ser realizadas com mais precisão e por períodos mais longos em temperaturas mais baixas.

Interferometria atômica:Gerando interferência atômica por separação espacial e subseqüente superposição de átomos

Durante os experimentos, o gás dos átomos de rubídio foi separado por irradiação de luz laser e, posteriormente, sobreposto. Dependendo das forças que agem sobre os átomos em seus diferentes caminhos, vários padrões de interferência podem ser produzidos, que por sua vez pode ser usado para medir as forças que os influenciam, como a gravidade.

Estabelecendo as bases para medições de precisão

O estudo primeiro demonstrou a coerência, ou capacidade de interferência, do condensado de Bose-Einstein como uma propriedade fundamentalmente exigida do conjunto atômico. Para este fim, os átomos no interferômetro foram apenas parcialmente sobrepostos por meio da variação da sequência de luz, que, no caso de coerência, levou à geração de uma modulação de intensidade espacial. A equipe de pesquisa demonstrou, assim, a viabilidade do conceito, o que pode levar a novos experimentos visando a medição do campo gravitacional da Terra, a detecção de ondas gravitacionais, e um teste do princípio de equivalência de Einstein.

Ainda mais medições serão possíveis quando MAIUS-2 e MAIUS-3 forem lançados

No futuro próximo, a equipe quer ir além e investigar a viabilidade da interferometria atômica de alta precisão para testar o princípio de equivalência de Einstein. Mais dois lançamentos de foguetes, MAIUS-2 e MAIUS-3, estão planejados para 2022 e 2023, e nessas missões a equipe também pretende usar átomos de potássio, além de átomos de rubídio, para produzir padrões de interferência. Ao comparar a aceleração em queda livre dos dois tipos de átomos, um teste do princípio de equivalência com precisão anteriormente inatingível pode ser facilitado. "Realizar este tipo de experimento seria um objetivo futuro em satélites ou na Estação Espacial Internacional ISS, possivelmente dentro de BECCAL, o Laboratório de condensado e átomo frio de Bose Einstein, atualmente em fase de planejamento. Nesse caso, a precisão alcançável não seria restringida pelo tempo limitado de queda livre a bordo de um foguete, "explicou o Dr. André Wenzlawski, um membro do grupo de pesquisa Windpassinger na JGU, que está diretamente envolvido nas missões de lançamento.

O experimento é um exemplo do campo de pesquisa altamente ativo das tecnologias quânticas, que também inclui desenvolvimentos nas áreas de comunicação quântica, sensores quânticos, e computação quântica.

A missão do foguete de sondagem MAIUS-1 foi implementada como um projeto conjunto envolvendo a Leibniz University Hannover, a Universidade de Bremen, Johannes Gutenberg University Mainz, Universität Hamburg, Humboldt-Universität zu Berlin, o Ferdinand-Braun-Institut em Berlim, e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR). O financiamento do projeto foi organizado pela Administração Espacial do Centro Aeroespacial Alemão e os fundos foram fornecidos pelo Ministério Federal Alemão para Assuntos Econômicos e Energia com base em uma resolução do Bundestag alemão.