Sensor Kuantum Ultra-Cool Digunakan Pertama Kali di Luar Angkasa

pibitek.biz -Teknologi kuantum telah mencapai tahap baru dengan demonstrasi sensor kuantum ultra-cool pertama kali di luar angkasa. Eksperimen ini dilakukan di laboratorium Cold Atom Lab yang terletak di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Para ilmuwan berhasil mengukur getaran halus stasiun luar angkasa menggunakan atom ultra-dingin untuk pertama kalinya. Hasil ini dipublikasikan di jurnal Nature Communications dan menunjukkan demonstrasi terlama dari sifat gelombang atom dalam keadaan jatuh bebas di luar angkasa.

Dengan menggunakan interferometer atom, tim ilmuwan dapat mengukur gravitasi, medan magnet, dan gaya lainnya di luar angkasa dengan akurasi tinggi. Teknologi ini tidak hanya memajukan pemahaman kita tentang gravitasi, tetapi juga memiliki potensi untuk meningkatkan berbagai teknologi, dari sistem navigasi hingga perangkat komunikasi. Fisikawan telah lama ingin menggunakan interferometer atom di luar angkasa karena waktu pengukuran yang lebih lama dan sensitivitas instrumen yang lebih tinggi yang dimungkinkan oleh mikrogravitasi. Sebelumnya, peralatan ini dianggap terlalu rapuh untuk dioperasikan dalam jangka waktu lama tanpa bantuan langsung, tetapi Cold Atom Lab telah berhasil menunjukkan operasi jarak jauh dari Bumi, membuktikan kemampuan menggunakan peralatan sensitif ini di luar angkasa."Mencapai milestone ini sangat menyulitkan, dan kesuksesan kita tidak selalu pasti", kata Jason Williams, ilmuwan projek Cold Atom Lab di Laboratorium Propulsi Jet NASA di California Selatan. "Ini membutuhkan dedikasi dan rasa petualangan dari tim untuk membuat ini terjadi". Sensor berbasis luar angkasa yang mampu mengukur gravitasi dengan presisi tinggi menawarkan spektrum aplikasi yang luas.

Mereka dapat, misalnya, mengungkap komposisi planet dan bulan di tata surya kita dengan mendeteksi perubahan gravitasi yang halus yang disebabkan oleh perbedaan densitas material. Kolaborasi AS-Jerman GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on) sudah melakukan pengukuran jenis ini, mendeteksi perubahan gravitasi yang kecil untuk melacak pergerakan air dan es di Bumi. Interferometer atom dapat meningkatkan presisi dan stabilitas, mengungkap lebih banyak detail tentang perubahan massa permukaan.

Selain itu, pengukuran gravitasi yang presisi dapat memberikan wawasan valubel tentang materi gelap dan energi gelap, dua misteri besar dalam kosmologi. Materi gelap, substansi tak terlihat yang lima kali lebih banyak di alam semesta daripada "materi biasa", membentuk planet, bintang, dan segala yang terlihat. Energi gelap adalah gaya misterius yang mendorong perluasan alam semesta yang semakin cepat."Interferometer atom juga dapat digunakan untuk menguji teori relativitas umum Einstein dengan cara baru", kata Profesor Universitas Virginia Cass Sackett, penyelidik utama Cold Atom Lab dan ko-penulis studi baru. "Ini adalah teori dasar yang menjelaskan struktur besar alam semesta, dan kita tahu bahwa ada aspek teori yang tidak kita pahami dengan benar. Teknologi ini mungkin membantu kita mengisi kesenjangan tersebut dan memberikan gambaran yang lebih lengkap tentang realitas yang kita huni".Cold Atom Lab, yang dirilis ke stasiun luar angkasa pada 2018, bertujuan untuk memajukan ilmu kuantum dengan menciptakan fasilitas jangka panjang di lingkungan mikrogravitasi orbit bumi yang lebih rendah. Laboratorium ini mencapai hal ini dengan mendinginkan atom hampir ke nol absolut, atau minus 459 derajat Fahrenheit (minus 273 derajat Celsius). Pada suhu ultra-rendah ini, beberapa atom membentuk kondensat Bose-Einstein, di mana semua atom secara efektif berbagi identitas kuantum yang sama.

Akibatnya, beberapa sifat kuantum atom yang biasanya mikroskopis menjadi makroskopis, membuatnya lebih mudah untuk dipelajari. Sifat kuantum ini termasuk perilaku di mana atom dapat berperilaku seperti partikel padat dan kadang-kadang seperti gelombang. Ilmuwan menggunakan teknologi kuantum, seperti yang tersedia di Cold Atom Lab, dalam upaya untuk memahami bagaimana blok bangunan semua materi dapat bertransisi antara perilaku fisik yang berbeda.

Dalam lingkungan mikrogravitasi yang unik, kondensat Bose-Einstein dapat mencapai suhu yang lebih rendah dan bertahan lebih lama, memberikan ilmuwan kesempatan untuk mempelajari lebih lanjut. Interferometer atom, bersama dengan alat canggih lainnya di fasilitas ini, memfasilitasi pengukuran presisi dengan memanfaatkan sifat kuantum atom. Karena sifat gelombangnya, atom tunggal dapat melintasi dua jalur yang berbeda secara bersamaan. Dengan mengamati bagaimana gelombang ini bergabung dan berinteraksi, ilmuwan dapat secara efektif mengukur pengaruh gravitasi atau gaya lain yang bekerja pada mereka.