Il giroscopio compatto sviluppato dal NIST funziona grazie all’analisi delle interferenze fra onde di materia all’interno di una nube in espansione composta da atomi in transizione fra due stati energetici. Crediti: NIST
Se pensate che i raggi miniaturizzanti siano roba da fantascienza e fumetti in stile AntMan, ebbene vi sbagliate di grosso. Perché al National Institute of Standards and Technology (NIST) statunitense si sta lavorando a una tecnologia del futuro tutta fatta di luce e atomi.
Su MediaINAF abbiamo già avuto modo di parlarne, ma dopo il grande lavorio di orologi e magnetometri basati sulle proprietà di singoli atomi e un prototipo di spada laser da far invidia ai cavalieri Jedi, è ora il turno di giroscopi e accelerometri di altissima precisione utili per chi voglia costruire sofisticatissimi sistemi di navigazione estremi per veicoli spaziali e sottomarini.
I ricercatori del NIST hanno infatti appena presentato il progetto di un giroscopio atomico ultracompatto che per portabilità, precisione e incredibile durata della batteria (e chissà che non salti fuori qualcosa di buono per il nostro smartphone sempre scarico) si presta a essere impiegato nei sistemi di navigazione. Oggi abbiamo a disposizione solo ed esclusivamente componenti meccaniche che ruotano o vibrano. La tecnologia del futuro potrebbe riservarci qualcosa di decisamente più leggero e performante.
Inoltre, il giroscopio NIST è anche un ottimo accelerometro. Due strumenti in uno che permettono la cosiddetta navigazione in dead reckoning, che funziona anche senza punti di riferimento esterni.
La camera di vetro atomica non è più grossa di 3,5 centimetri cubi. L’intero apparato sperimentale, compresi i laser a bassa potenza e i sistemi ottici, occupa le dimensioni di una scrivania, ma i ricercatori del NIST stanno lavorando per miniaturizzare il tutto e rendere lo strumento portatile.
Quello che i ragazzi del NIST descrivono nello studio appena pubblicato su Applied Physics Letters non è troppo diverso da un interferometro atomico. Si basa infatti su una nube di atomi in espansione raffreddata con laser. Il cuore del giroscopio è una piccola camera di vetro contenente un campione di circa 8 milioni di freddi atomi di rubidio che vengono intrappolati e rilasciati. Mentre gli atomi cadono per gravità, un raggio laser li induce alla transizione tra due stati energetici. Questo processo prevede l’assorbimento e l’emissione di particelle di luce, che fornisce moto agli atomi e fa sì che le onde di materia si separino e si ricombinino successivamente generando un’interferenza.
La fredda nube atomica si espande fino a cinque volte la sua dimensione iniziale durante la frazione di 50 millesimi di secondo in cui avviene la misurazione, creando una correlazione tra la velocità di ogni atomo e la sua posizione finale.