El nuevo sensor de gravedad cuántica puede mirar debajo de la superficie de la Tierra con un detalle sin precedentes

Los científicos podrían descubrir mucho más sobre lo que se encuentra bajo tierra si nuestro planeta pudiera ser cortado y visto como una sección transversal, pero como eso no es realmente posible, tienen que confiar en una variedad de otros métodos.

Se acaba de probar un nuevo enfoque en el campo: un dispositivo desarrollado recientemente llamado gradiómetro de gravedad cuántica se ha utilizado para detectar con éxito un túnel enterrado a un metro (un poco más de 3 pies) bajo tierra.

Los sensores de gravedad típicos funcionan comparando ligeras diferencias en las posiciones de ondas de luz idénticas. Esto funciona bien para estructuras grandes, pero para objetos ocultos más pequeños, el movimiento del suelo, el equipo e incluso las vibraciones térmicas aleatorias hacen que sea cada vez más difícil distinguir los detalles.

Un sensor de gravedad cuántica agrega un filtro que hace uso de la naturaleza ondulatoria de los átomos en nubes ultra frías en caída libre, lo que mejora radicalmente la resolución del sensor. Las diferencias casi imperceptibles en la forma en que la gravedad afecta a estos átomos revelan la composición del suelo debajo, destacando huecos en el suelo como túneles.

El montaje experimental. (Stray et al, Naturaleza 2022)

«Este es un ‘momento Edison’ al sentir que transformará la sociedad, la comprensión humana y las economías». dice el físico Kai Bongsde la Universidad de Birmingham en el Reino Unido.

«Con este avance, tenemos el potencial de terminar con la dependencia de los malos registros y la suerte mientras exploramos, construimos y reparamos. Además, un mapa subterráneo de lo que actualmente es invisible es ahora un paso significativo más cerca, poniendo fin a una situación en la que sabemos más sobre Antártida que lo que se encuentra a unos pocos pies debajo de nuestras calles».

El nuevo instrumento es un tipo de interferómetro atómico, dispositivos que han estado en desarrollo durante más de 20 años. El desafío ha sido lograr que tengan un tamaño y una forma que signifique que puedan desplegarse prácticamente al aire libre.

Ahora que el gradiómetro de gravedad cuántica ha pasado su primera prueba en el mundo real fuera del laboratorio, ofrece mucho potencial para ser útil en cualquier tipo de escenario en el que necesitemos saber qué hay bajo tierra.

Eso podría ser sentar las bases para un nuevo sistema de metro, por ejemplo, o intentar predecir una erupción volcánica. El nuevo instrumento es más barato, más rápido y más completo que muchas alternativas disponibles actualmente, y también debería ser más confiable en su mapeo.

En particular, el sensor se destaca en eliminar la interferencia de vibraciones, variaciones de temperatura y cambios en los campos magnéticos, todo lo cual puede dificultar que los equipos descubran qué hay debajo del suelo.

«La detección de las condiciones del terreno, como trabajos mineros, túneles y terrenos inestables, es fundamental para nuestra capacidad de diseñar, construir y mantener viviendas, industrias e infraestructuras». dice el geofísico George Tuckwellde la Universidad de Birmingham.

«La capacidad mejorada que representa esta nueva tecnología podría transformar la forma en que mapeamos el terreno y entregamos estos proyectos».

Si bien esta «nueva ventana al subsuelo» está operativa, todavía existen algunas limitaciones en términos del tamaño y la profundidad de las estructuras que se pueden detectar, y cuán diferente debe ser la densidad de una estructura de su entorno.

El desarrollo del dispositivo continuará y los investigadores confían en que se podrá hacer más portátil y fácil de usar en el futuro. Podría volverse hasta 100 veces más sensible con más estudios, dice el equipo detrás del sensor.

«Se espera que dicho rendimiento se logre en instrumentos prácticos dentro de los próximos 5 a 10 años», escriben los investigadores en su artículo publicado.

La investigación ha sido publicada en Naturaleza.

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