Die Weltraumtechnologie wird schrumpfen, da die Grenzen der Quantenphysik auf die Probe gestellt werden
von Staff Writers
Warwick UK (SPX) 22. Juni 2023
Ein britisches Konsortium entwickelt Technologien, um Nanopartikel als hochmoderne Sensoren auf kleinen, schuhkartongroßen Satelliten namens CubeSats einzusetzen.
Die Universitäten Warwick, Swansea und Strathclyde haben 250 Pfund für die weitere Forschung zu Nanopartikeln und Quantenphysik bei der Anwendung der Weltraumtechnologie erhalten.
Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der schwebenden Optomechanik (die Bewegung winziger Partikel, die durch Laserlicht im freien Raum gehalten und gemessen werden) haben gezeigt, dass Nanopartikel Verhaltensweisen zeigen können, die durch die Gesetze der Quantenmechanik (eine grundlegende Theorie, die beschreibt, wie Atome und Atome) bestimmt werden subatomare Teilchen interagieren).
Dies hat dazu geführt, dass Nanopartikel, die tausendmal größer als ein Atom und tausendmal kleiner als ein einzelnes Sandkorn sind, als neue Sensoren unter Laborbedingungen untersucht werden. Aber Wissenschaftler müssen dies noch auf die reale Welt anwenden – und darüber hinaus.
Im Rahmen eines Enabling Technologies-Programms, das von der UK Space Agency (UKSA) finanziert wird, erweitern Forscher nun die Grenzen der Quantentechnologie, sodass Nanopartikel als Sensoren im Weltraum eingesetzt werden können. „Levitated Optomechanical Technologies In Space“ (LOTIS) ist ein 18-monatiges Projekt zur Entwicklung von Technologien, die zukünftige weltraumgestützte Geräte mit Nanopartikeln ermöglichen.
LOTIS wird Geräte entwickeln, die klein und leicht sind und anstelle von Satelliten in Autogröße auf kompaktere Nanosatelliten in der Größe eines Schuhkartons, sogenannte CubeSats, passen. Dieser Ansatz senkt die Entwicklungs- und Einführungskosten erheblich.
Es gibt viele Anwendungen für Nanopartikel als Sensoren. Über die Dichte der Thermosphäre – einer Schicht der Erdatmosphäre, die etwa 80 km über dem Meeresspiegel beginnt – ist wenig bekannt, und diese Technologie könnte detailliertes Aufschluss darüber geben. Die Bestimmung der Dichte der Region hat Anwendungen in der Raumfahrt; Verständnis des Widerstands, den Satelliten im Orbit erfahren, und Hilfe bei der Kartierung ihrer Flugbahnen.
Das Projekt zielt außerdem darauf ab, Gravimeter (Geräte zur Messung von Gravitationsfeldern) zu entwickeln, die auf der Erde als Werkzeug in der Geophysik und Erdbeobachtung besonders nützlich sind. Da die Schwerkraft undurchsichtige Objekte durchdringt, können Gravimeter bei der Kartierung dessen helfen, was sich unter der Erde befindet – besonders nützlich für den Tiefbau oder die Überwachung von Grundwasserleitern.
LOTIS wird auch Technologien für die geplante Mission „Makroskopische Quantenresonatoren“ (MAQRO) unterstützen, die darauf abzielt, die Vorhersagen der Quantenmechanik immer größerer Objekte mit größeren Massen zu testen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Gültigkeit der Quantenmechanik – die typischerweise das Verhalten kleiner Objekte, Atome und subatomarer Teilchen beschreibt, nicht jedoch größerer Objekte.
Dr. James Bateman, Physiker an der University of Swansea, sagte: „Ich freue mich sehr, dieses UKSA-Projekt zu leiten, das die notwendigen Technologien schaffen wird, um eine funktionierende Sensorplattform sowohl für Weltraum- als auch für terrestrische Anwendungen zu schaffen.“ Unser Team besteht aus Experten für Nanosatelliten, Quantensensorik und experimentelle Optomechanik, und dieses Projekt wird dazu beitragen, schwebende optomechanische Sensoren Wirklichkeit werden zu lassen.“
Professor Animesh Datta, Experte für Theoretische Physik an der University of Warwick, sagte: „LOTIS ist ein konkreter Schritt zur Verwirklichung einer neuen Generation von Experimenten, die dazu beitragen werden, Licht auf die Schnittstelle zwischen Quantenmechanik und Schwerkraft zu werfen.“ Ich freue mich darauf, zu seinem Erfolg beizutragen.“
Der Quantentheoretiker Dr. Daniel Oi, Physik, University of Strathclyde, fügte hinzu: „Wir entwickeln hochempfindliche Sensoren für Satelliten, die stark verkleinert sind und Messungen der Weltraumumgebung durchführen können.“ Dies ist Teil eines umfassenderen, internationalen Quantentechnologieprogramms, das seine Anwendungen über erd- und weltraumgebundene Anwendungen hinaus erweitern wird.“
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Schwebende Optomechanik
University of Warwick
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- Quelle: https://www.spacedaily.com/reports/Space_tech_to_shrink_as_the_limits_of_quantum_physics_are_tested_999.html