Sensor gravitacional quntico abre janela para o subsolo da Terra

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 24/02/2022

Gradimetro gravitacional quntico

A to sensvel tecnologia quntica deu a prova definitiva de que pode sair dos laboratrios para operaes do mundo real.

Um sensor que funciona explorando princpios da mecnica quntica foi usado para encontrar um encanamento localizado um metro abaixo da superfcie.

Ben Stray e seus colegas da Universidade de Birmingham, no Reino Unido, conseguiram o feito histrico criando um equipamento de medio chamado “gradimetro gravitacional quntico”.

A gradiometria gravitacional mede variaes no campo gravitacional da Terra, criando gradientes gravitacionais – a taxa espacial de variao da acelerao gravitacional – que permitem estudar o subsolo sem a necessidade de fazer escavaes. Ela usada principalmente para pesquisas minerais.

Mas os sensores de gravidade atuais so limitados por uma srie de fatores ambientais. Um dos problemas mais srios a vibrao, que limita o tempo de medio. Se essas limitaes puderem ser superadas, as pesquisas e levantamentos geolgicos podem se tornar mais rpidos, mais abrangentes e de menor custo.

Por paradoxal que possa parecer, Stray e seus colegas foram buscar a soluo na mecnica quntica, que caracteristicamente muito sensvel a qualquer coisa do ambiente.

Como funciona o sensor gravitacional quntico

O sensor de gravidade quntica baseia-se na interferometria atmica, que tem sido usada em experimentos de laboratrio para medies da gravidade com alta sensibilidade. Essas medies incluem estudos sobre o princpio de equivalncia, a constante de estrutura fina e a constante gravitacional de Newton.

Esses equipamentos medem mudanas sutis na fora de atrao dos campos gravitacionais conforme uma nuvem de tomos resfriados movimentada de cima para baixo. Quanto maior o objeto e quanto maior a diferena de densidade do objeto em relao ao seu entorno, mais forte ser a diferena mensurvel na atrao.

Para permitir a cartografia gravitacional e a operao em condies reais de campo, a equipe desenvolveu uma srie de tcnicas para lidar com a vibrao, a inclinao do instrumento e a interferncia dos campos magnticos e trmicos.

As principais inovaes esto na construo do gradimetro gravimtrico de tomos frios em formato de ampulheta – que permite fazer medies diferenciais acopladas em duas nuvens de tomos, separadas por uma linha de base vertical -, e em duas armadilhas magneto-pticas de feixe nico contra-orientadas – que permitem a passagem dos feixes de luz para realizar a interferometria.

“A operao diferencial suprime as fontes primrias de rudo (vibrao e microsssmica), deslocamentos sistemticos (como inclinao) e mudanas no comprimento do caminho ptico entre os feixes usados para conduzir as transies Raman. A semelhana do rudo de intensidade do laser para os feixes de resfriamento das armadilhas magneto-pticas de feixe nico permite que as flutuaes de temperatura das nuvens sejam estveis dentro de algumas centenas de nanokelvins,” detalhou a equipe.

Da minerao arqueologia

Os testes de campo indicam que futuras pesquisas gravimtricas podero ser mais baratas, mais confiveis e pelo menos 10 vezes mais rpidas, reduzindo o tempo necessrio para pesquisas de meses para dias. O sensor quntico dever no apenas resolver os problemas das aplicaes atuais, como tambm abrir uma gama de novas aplicaes, fornecendo uma nova lente para o subsolo.

“A deteco de condies do subsolo, como minas, tneis e terrenos instveis, fundamental para nossa capacidade de projetar, construir e manter habitaes, indstrias e infraestrutura. A capacidade aprimorada que essa nova tecnologia representa pode transformar a forma como mapeamos o terreno e entregamos esses projetos,” disse o professor George Tuckwell.

Alm das redues nos custos e prazos em projetos de construo civil e localizao de novas reservas minerais, a equipe cita como reas que podem usufruir dos benefcios do novo sensor quntico a melhor previso de fenmenos naturais, como erupes vulcnicas, e a descoberta de stios arqueolgicos de forma no-invasiva, guiando as escavaes para evitar danos s estruturas enterradas, entre outras.

“Os parmetros do sensor so compatveis com aplicaes em mapeamento de aquferos e avaliao de impactos no lenol fretico, arqueologia, determinao de propriedades do solo e teor de gua e reduo do risco de condies imprevistas do solo na construo de infraestruturas crticas de energia, transporte e servios pblicos, proporcionando uma nova janela para o subsolo,” escreveu a equipe.

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