Un rivelatore quantistico di gravità scoverà giacimenti di petrolio e gas naturale (e non solo)
Un prototipo di gravitometro è stato progettato da un team di ricercatori inglesi. Le applicazioni potenziali sono le più svariate, dalla rilevazione di gas e petrolio nel sottosuolo al potenziamento dei dispositivi GPS.
Un team di ricercatori inglesi ha ideato e progettato un gravitometro, cioè un dispositivo quantistico che si serve di atomi freddi per effettuare misurazioni ultra-precise della forza di gravità. Il dispositivo può essere utilizzato per l’analisi di petrolio o minerali, e potrebbe segnare l’inizio di una nuova nicchia commerciale per i dispositivi quantistici.
Il prototipo rappresenta una versione in scala ridotta di LIGO, utilizzato per rilevare onde gravitazionali create dalle collisioni dei buchi neri. Nello specifico, il gravimetro rileva sottili cambiamenti nella forza dei campi gravitazionali generati da qualsiasi oggetto, utilizzando nuvole di atomi freddi di rubidio come sensori. Queste nuvole di atomi sono trattenute in alto in una camera a vuoto grande come un pallone da basket e vengono raffreddate a 80 microkelvin- appena al di sopra dello zero assoluto.
Gli atomi assumono delle proprietà peculiari, entrando in due stati contemporaneamente: per rendere meglio l’idea, è utile citare il cosiddetto gatto di Schroedinger, che è al contempo è sia vivo che morto, fino a quando non viene effettuata una misurazione.
Al momento adatto le nuvole di atomi vengono lasciate cadere, e mentre si trovano in caduta libera, vengono cancellate con tre impulsi laser. Tali impulsi sono costituiti da una specie di righello di luce, che misura la posizione nei punti chiave, prima che le nuvole si rinsaldino, causando un pattern di interferenza.
Il pattern che si crea è molto simile a quello che osservate se lanciate due pietre in uno stagno, che danno luogo a due increspature che si attraversano e s’influenzano reciprocamente.
Trova la differenza
Se due nubi di atomi cadono a velocità diverse, il suolo sottostante sperimenta un mutamento nella sua densità. Questo fatto potrebbe essere determinato alla presenza di olio e di certi minerali, ad esempio.
“Fondamentalmente si basa sul fatto che qualsiasi massa genera un campo gravitazionale, che può essere rilevato con un sensore di gravità molto preciso”, afferma Kai Bongs delll’Università di Birmingham, che ha contribuito a sviluppare il dispositivo.
Gli effetti quantistici scompaiono nel momento in cui subentrano rumori o interferenze esterne: ecco perché qualsiasi sistema o dispositivo quantistico per mantenersi stabile necessita di un’adeguata schermatura e di un raffreddamento a temperature molto basse. La difficoltà a produrre e mantenere queste condizioni particolari ha limitato lo sviluppo e l’utilizzo di dispositivi quantistici nel mondo reale. Ma i tempi stanno cambiando.
“Stiamo cominciando a notare che questa tecnologia si appresta a raggiungere la maturità nel mondo commerciale”, afferma Graeme Malcolm , fondatore e amministratore delegato della società di fotonica M Squared a Glasgow, che ha sviluppato il gravimetro con una squadra di ricercatori all’Università di Birmingham.
Le industrie petrolifere e del gas potrebbero essere particolarmente interessate al gravimetro, che funzionerebbe come un formidabile strumento per mappare i preziosi depositi di petrolio o minerali, poiché i materiali più densi avranno una forza gravitazionale più forte rispetto agli altri materiali presenti nel sottosuolo.
Le imprese di costruzione potrebbero utilizzare il gravimetro per individuare i tubi interrati nel sottosuolo, impedendo i danni economici causati da scavi imprecisi a livello della strada.
La tecnologia esistente per questo tipo di mappatura geofisica è ingombrante e complicata da utilizzare, e non altrettanto precisa come un gravimetro quantistico.
Tecnologia portatile
“Questa nuova tecnologia fornisce una migliore visione del mondo sotterraneo”, dice Bongs.
Un giorno potrebbe anche essere utilizzata anche nella mappatura sismica, aiutando a prevedere disastri naturali come tsunami o eruzioni vulcaniche.
Poiché utilizza il raffreddamento laser al posto della criogenica ingombrante, il prototipo di gravitometro sviluppato ha una dimensione di un metro cubo. “In linea di principio, dovrebbe essere possibile ridurre le dimensioni di alcuni componenti come i laser e la camera a vuoto per renderli più portatili” afferma Malcolm.
M Squared sta sviluppando anche un accelerometro quantistico che potrebbe aumentare la precisione dei navigatori GPS per compensare le interferenze portate dalle cattive condizioni atmosferiche. Altri dispositivi quantistici potrebbero consentire la visione dei gas invisibili.
“Penso che siamo appena all’inizio del processo di commercializzazione delle tecnologie quantistiche”, afferma Malcolm.
Spyridon Michalakis del California Institute of Technology sostiene che il futuro sarà “quantistico”.
“La fisica quantistica si basa su tante tecnologie che oggi prendiamo per scontate, ma solo di recente siamo riusciti a sfruttare le proprietà quantistiche celate in molti sistemi, sviluppando modelli incredibilmente precisi, a basso costo e di dimensioni ridotte rispetto a quelli precedenti, come i gravitometri. Immaginate cosa sarà possibile nel prossimo futuro, quando saranno presenti computer quantistici affidabili e scalabili, materiali a buon mercato che permetteranno di levitare a temperatura ambiente e reti quantiche che trasporteranno informazioni con standard di sicurezza senza precedenti grazie al teletrasporto quantistico”, conclude Spyridon Michalakis .
Tradotto in Italiano. Articolo originale: New Scientist
VISIONARI è un network di imprenditori, scienziati, artisti, scrittori e changemakers che pensano e agiscono al di fuori degli schemi.
Puoi fare domanda per entrare qui: https://bit.ly/visionari-entra
