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Sábado, Agosto 13, 2022

Novo sensor de gravidade quântica pode olhar sob a superfície da Terra em detalhes sem precedentes

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Os cientistas seriam capazes de descobrir muito mais sobre o que está no subsolo se nosso planeta pudesse ser aberto e visto como uma seção transversal – mas como isso não é realmente possível, eles precisam confiar em uma variedade de outros métodos.

Uma nova abordagem acaba de ser comprovada em campo: um dispositivo recentemente desenvolvido chamado gradiômetro de gravidade quântica foi usado para detectar com sucesso um túnel enterrado a um metro (pouco mais de 3 pés) de profundidade.

Sensores de gravidade típicos funcionam comparando pequenas diferenças nas posições de ondas de luz idênticas. Isso funciona bem para grandes estruturas, mas para objetos ocultos menores, o tremor e a agitação do solo, o equipamento e até mesmo vibrações térmicas aleatórias tornam cada vez mais difícil distinguir detalhes.

Um sensor de gravidade quântica adiciona um filtro que faz uso da natureza ondulatória dos átomos em nuvens ultra-frias em queda livre, melhorando radicalmente a resolução do sensor. As diferenças quase imperceptíveis em como a gravidade afeta esses átomos revelam a composição do solo abaixo, destacando lacunas no solo, como túneis.

A configuração experimental. (Stray et al, Nature 2022)

“Este é um ‘momento Edison’ no sensoriamento que transformará a sociedade, a compreensão humana e as economias”, diz o físico Kai Bongsda Universidade de Birmingham, no Reino Unido.

“Com este avanço, temos o potencial de acabar com a dependência de registros ruins e sorte enquanto exploramos, construímos e consertamos. Além disso, um mapa subterrâneo do que é atualmente invisível é agora um passo significativo, encerrando uma situação em que sabemos mais sobre Antártica do que o que está alguns metros abaixo de nossas ruas.”

O novo instrumento é uma espécie de interferômetro de átomos – dispositivos que estão em desenvolvimento há mais de 20 anos. O desafio tem sido colocá-los em um tamanho e forma que signifique que podem ser implantados praticamente ao ar livre.

Agora que o gradiômetro de gravidade quântica passou em seu primeiro teste do mundo real fora do laboratório, ele oferece muito potencial para ser útil em qualquer tipo de cenário em que precisamos saber o que está no subsolo.

Isso poderia estar lançando as bases para um novo sistema de metrô, por exemplo, ou tentando prever uma erupção vulcânica. O novo instrumento é mais barato, mais rápido e mais abrangente do que muitas alternativas atualmente disponíveis, e também deve ser mais confiável em seu mapeamento.

Em particular, o sensor é excelente para eliminar a interferência de vibrações, variações de temperatura e mudanças nos campos magnéticos – tudo o que pode dificultar para os equipamentos descobrirem o que está no subsolo.

“A detecção das condições do solo, como minas, túneis e terrenos instáveis, é fundamental para nossa capacidade de projetar, construir e manter habitações, indústrias e infraestruturas.” diz o geofísico George Tuckwellda Universidade de Birmingham.

“A capacidade aprimorada que essa nova tecnologia representa pode transformar a forma como mapeamos o terreno e entregamos esses projetos.”

Embora esta “nova janela para o subsolo” esteja operacional, ainda existem algumas limitações em termos de tamanho e profundidade das estruturas que podem ser detectadas e quão diferente a densidade de uma estrutura precisa ser de seus arredores.

O desenvolvimento do dispositivo continuará, e os pesquisadores estão confiantes de que ele pode ser mais portátil e fácil de usar no futuro. Ele pode ficar até 100 vezes mais sensível com mais estudos, diz a equipe por trás do sensor.

“Espera-se que tal desempenho seja alcançado em instrumentos práticos nos próximos 5 a 10 anos”, escrevem os pesquisadores em seu artigo publicado.

A pesquisa foi publicada em Natureza.



Fonte original deste artigo

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