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Per trovare caratteristiche come le acqua sotto la superficie terrestre, o sotto la superficie di un altro mondo, gli scienziati possono percepire i segni sottili che lasciano nel campo gravitazionale del pianeta. Ma queste misurazioni non sono facili da ottenere; è necessario l'utilizzo di strumenti molto sensibili e anche le più piccole vibrazioni possono far saltare le misurazioni. Ora, un gruppo di fisici ha messo a punto un dispositivo di misurazione della gravità simile a una clessidra che, dicono, aiuta a superare questa sfida.
I dispositivi di misurazione della gravità, chiamati gravimetri, di per sé non sono nuovi. Sono utilizzati per tutto, dal sondaggio delle costanti fisiche alla mappatura di paesaggi aspri. I gravimetri moderni e all'avanguardia utilizzano atomi. Se si pulsano due atomi con laser e li si invia a punti diversi, un campo gravitazionale influenzerà i due in modi leggermente diversi. È possibile misurare quel campo gravitazionale sovrapponendo questi due atomi e analizzando le differenze nelle loro proprietà quantistiche.
Ma quando i fisici cercano di aumentare la risoluzione nel tentativo di vedere oggetti delle dimensioni di pochi metri, come tubi e passaggi sotterranei, i sensori di gravità convenzionali colpiscono un muro. Variazioni del terreno, sbalzi di temperatura e persino lievi campi magnetici possono eliminarli.
Quindi il nuovo sensore adotta un approccio diverso. I ricercatori la chiamano clessidra; ogni "lampadina" contiene una nuvola di atomi di rubidio intrappolati in una gabbia magnetica, pulsati attraverso un laser. Le nuvole doppie significano che quel dispositivo ha effettivamente due gravimetri separati. Di conseguenza, i ricercatori possono non solo misurare un campo gravitazionale, ma anche misurarlo a due diverse altezze.
Non è il sensore di gravità quantistica più sensibile al mondo, ma è uno dei primi a lasciare il laboratorio. In un test nel mondo reale, questo gravimetro a clessidra ha rilevato un tunnel di servizio sepolto sotto una strada a Birmingham, in Inghilterra.
"Per quanto ne sappiamo, il nostro strumento è stato il primo a rilevare un vero obiettivo sotterraneo di rilevanza per l'ingegneria civile al di fuori dell'ambiente di laboratorio", ha affermato a Space.com il coautore dello studio Kai Bongs, fisico dell'Università di Birmingham nel Regno Unito. "Questo è davvero un passo avanti nel rendere pratica la tecnologia quantistica". Il nuovo gravimetro potrebbe diventare uno strumento meraviglioso per mappare le caratteristiche sottoterra.
E questi gravimetri non sono limitati all'uso sulla Terra. In effetti, l'Agenzia spaziale europea (ESA) è già interessata a portarli sulla rampa di lancio. La prossima generazione di satelliti per l'osservazione della Terra dell'ESA potrebbe trasportare sensori come questi, misurando cose come l'acqua sotterranea, la circolazione degli oceani del mondo e come queste cose sono influenzate dai cambiamenti climatici. "Questo potrebbe essere esteso all'esplorazione di altri pianeti nel sistema solare, comprendendo di più sulla loro struttura interna", ha spiegato Bongs.
L'invio di gravimetri per studiare altri mondi non è una novità. Nel 2012, la missione GRAIL della NASA ha inviato una coppia di veicoli spaziali per mappare il campo gravitazionale della luna e sondare la sua superficie. Quella missione ha sondato gli strati dell'interno della luna con una precisione senza precedenti, ha studiato il materiale sotto i bacini di impatto e ha trovato quelle che potrebbero essere le firme delle caverne sotterranee. Ora l'ESA è interessata ad utilizzare questi gravimetri di prossima generazione per trovare acqua sotterranea sulla luna o su altri mondi, come Marte.