Tο αδιανόητο κατάφεραν φυσικοί του Πανεπιστημίου του Colorado στο Boulder: δημιούργησαν μια συσκευή που μπορεί να μετρήσει ταυτόχρονα την επιτάχυνση σε τρεις διαστάσεις χρησιμοποιώντας ένα νέφος ατόμων ψυχθέντων σε ακραίες θερμοκρασίες.
Ένα τεχνολογικό άλμα που μοιάζει να βγαίνει από ταινία επιστημονικής φαντασίας – αλλά είναι 100% πραγματικότητα.
Πρόκειται για έναν εντελώς νέο τύπο ατομικού συμβολόμετρου, τον οποίο πολλοί επιστήμονες θεωρούσαν μέχρι πρότινος… αδύνατο.
Στο μέλλον, αυτή η τεχνολογία ενδέχεται να αποτελέσει τη ραχοκοκαλιά συστημάτων υπερ-ακριβούς πλοήγησης για υποβρύχια, διαστημόπλοια, οχήματα και κάθε μορφή μεταφοράς.
Η Kendall Meling, μία από τις βασικές συγγραφείς της μελέτης, υπογράμμισε ότι τα παραδοσιακά ατομικά συμβολόμετρα μπορούν να μετρούν επιτάχυνση μόνο σε μία κατεύθυνση — τη στιγμή που ο πραγματικός κόσμος απαιτεί τρισδιάστατη παρακολούθηση κινήσεων, ώστε να προσδιορίζεται με ακρίβεια η θέση και η τροχιά.
Τα εντυπωσιακά αποτελέσματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science Advances υπό τον τίτλο: “Vector atomic accelometrism in the optical grid”.
Στο ερευνητικό εγχείρημα συμμετείχε και η Katie LeDem, καθώς και ο Καθηγητής Φυσικής Murray Holland, από το κοινό JILA Research Institute, το οποίο έχει ιδρύσει το πανεπιστήμιο σε συνεργασία με το National Institute of Standards and Technology (NIST).
Το 2023, η NASA χορήγησε $5,5 εκατομμύρια στην ομάδα για την περαιτέρω ανάπτυξη αυτής της ρηξικέλευθης τεχνολογίας.
Η συσκευή αποτελεί μηχανολογικό κατόρθωμα υψηλής πολυπλοκότητας.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν έξι λέιζερ πιο λεπτά και από ανθρώπινη τρίχα, ώστε να συγκρατούν ένα νέφος δεκάδων χιλιάδων ατόμων ρουβιδίου σε σταθερή κατάσταση.
Στη συνέχεια, με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης, ελέγχουν τα λέιζερ σε πολύπλοκες τροχιές — καταγράφοντας τη συμπεριφορά των ατόμων ακόμα και στην παραμικρή επιτάχυνση, όπως για παράδειγμα ένα πάτημα στο γκάζι του αυτοκινήτου.
Σε αντίθεση με τα σύγχρονα συστήματα πλοήγησης που βασίζονται στο GPS και σε παραδοσιακά επιταχυνσιόμετρα, η κβαντική αυτή συσκευή προσφέρει ένα μοναδικό πλεονέκτημα.
Όπως εξήγησε η Meling, οι κλασικοί αισθητήρες φθείρονται με τον χρόνο και χάνουν ακρίβεια — τα άτομα όμως δεν γερνούν.
Γι’ αυτό και αποτελούν ιδανική βάση για ανθεκτικές τεχνολογίες ακριβείας.
Η αρχή λειτουργίας του νέου συμβολόμετρου βασίζεται στον διαχωρισμό και την επανένωση των ατόμων — κάτι αντίστοιχο με τον χωρισμό και την επανασύνθεση φωτεινών δεσμών στα παραδοσιακά συμβολόμετρα.
Εδώ όμως δεν χρησιμοποιείται φως, αλλά άτομα ψυχθέντα σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν.
Αυτό οδηγεί στη δημιουργία συμπυκνωμάτων Bose-Einstein (BEC) — μιας ιδιαίτερης κβαντικής κατάστασης της ύλης.
Ο Holland εξηγεί πως σε αυτή την κατάσταση τα άτομα συμπεριφέρονται σαν ένα ενιαίο “πακέτο” ύλης και κύματος.
Με τη βοήθεια λέιζερ, οι επιστήμονες ουσιαστικά “πετούν πέτρες” μέσα σε αυτό το κύμα, προκαλώντας κυματισμούς.
Αυτοί οι κυματισμοί στη συνέχεια ανακλώνται και επανασυντίθενται, σχηματίζοντας μοναδικά πρότυπα που αποκαλύπτουν την επιτάχυνση που δέχτηκαν τα άτομα.
Η Katie LeDem υπογράμμισε ότι, παρά την τρομακτική πολυπλοκότητά της, η συσκευή παραμένει συμπαγής.
Μέσα από το κενό όπου βρίσκεται το ατομικό νέφος, διέρχονται 18 ακτίνες λέιζερ — όμως στο μέλλον, η τεχνολογία θα μπορεί να προσαρμοστεί για χρήση επί τόπου, εκτός εργαστηρίου.
Κομβικό ρόλο στην επιτυχία έπαιξε η τεχνητή νοημοσύνη, η οποία αυτοματοποίησε τη σύνθετη διαδικασία ελέγχου των λέιζερ.
Ο Holland εξηγεί ότι ο διαχωρισμός και η επανασύνδεση των ατόμων απαιτεί πολλαπλά στάδια ρύθμισης, και η ομάδα δημιούργησε ειδικό λογισμικό που σχεδιάζει τα βήματα εκ των προτέρων.
Προς το παρόν, η συσκευή μπορεί να μετρήσει επιταχύνσεις χιλιάδες φορές μικρότερες από τη δύναμη της βαρύτητας της Γης — κάτι που υστερεί ακόμη σε σχέση με τις δυνατότητες των σημερινών τεχνολογιών.
Όμως η ομάδα εργάζεται πυρετωδώς για να βελτιώσει δραστικά την απόδοση τα επόμενα χρόνια.
Ο Holland έκλεισε τονίζοντας πως το πεδίο που ανοίγεται είναι εντελώς καινούργιο, με συνέπειες που ούτε καν μπορούμε να προβλέψουμε.
Το μόνο βέβαιο;
Το δυναμικό αυτής της τεχνολογίας είναι γιγαντιαίο.
Τέλος στο GPS;
Οι επιστήμονες μετρούν επιταχύνσεις μικρότερες από το μηδέν και αγγίζουν τις ίδιες τις αόρατες δυνάμεις που κινούν το Σύμπαν.
Το μέλλον της πλοήγησης, της φυσικής – ίσως και της ανθρώπινης αντίληψης – μόλις άρχισε να αλλάζει.