Avance en las ciencias de la Tierra a través de un sensor cuántico de la NASA que medirá la gravedad
Un gran avance para las ciencias de la Tierra, la NASA se prepara para lanzar al espacio el primer sensor de gravedad cuántica. Medirá la gravedad terrestre con una precisión sin precedentes.
La NASA ha desarrollado, en colaboración con instituciones académicas y la industria privada, el instrumento diseñado para medir las variaciones de la gravedad terrestre con una precisión sin precedentes. Este proyecto, financiado por la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO) de la NASA, podría revolucionar la forma en que monitoreamos las aguas subterráneas, los recursos naturales y la actividad geológica.
Tal vez no lo sepas, pero el campo gravitacional terrestre cambia constantemente debido a los cambios de masa causados por la actividad tectónica, el flujo de agua y otros procesos dinámicos. Si bien estos cambios son imperceptibles y no afectan la vida cotidiana, los científicos utilizan gradiómetros de gravedad para cartografiar variaciones y vincularlas con características como acuíferos o reservas minerales. Estos mapas facilitan todo, desde la gestión de recursos hasta la navegación militar.
El Gradiómetro de Gravedad Cuántica Pathfinder (QGGPf)
"Podríamos determinar la masa del Himalaya usando átomos", afirmó Jason Hyon, tecnólogo jefe de Ciencias de la Tierra en el JPL, y director del Centro de Innovación Espacial Cuántica. Hyon es uno de los científicos responsables del Gradiómetro de Gravedad Cuántica Pathfinder (QGGPf), descrito en un artículo reciente de EPJ Quantum Technology.
Los gradiómetros de gravedad funcionan comparando la aceleración en caída libre de dos masas de prueba muy próximas entre sí. Cualquier diferencia en la velocidad de caída revela variaciones gravitacionales subyacentes. En el sistema QGGPf, estas masas de prueba son nubes de átomos de rubidio (Rb) enfriadas casi hasta el cero absoluto. El Rb es un metal alcalino, blanco, de color blanco plateado, muy reactivo y abundante en la corteza terrestre que se utiliza en la fabricación de relojes atómicos, por ejemplo.
A temperaturas tan bajas, los átomos exhiben un comportamiento cuántico, comportándose como ondas. Medir la diferencia en la aceleración de estas ondas permite a los investigadores detectar pequeñas anomalías gravitacionales.
El uso de nubes atómicas como masas de prueba ofrece estabilidad en las mediciones a largo plazo, señaló el físico experimental del JPL, Sheng-wey Chiow. “Con los átomos, puedo garantizar que todas las mediciones serán iguales”.
Esta estabilidad, combinada con un diseño compacto, hace que el sistema QGGPf sea ideal para misiones espaciales. El sensor ocupará tan solo 0.25 metros cúbicos y pesará unos 125 kilogramos, significativamente menos que los instrumentos de gravedad satelital convencionales. Los sensores cuánticos también pueden alcanzar una sensibilidad hasta diez veces mayor que la de los sistemas tradicionales.
Grandes expectativas
La próxima demostración tecnológica, cuyo lanzamiento está previsto para finales de esta década, probará componentes clave que manipulan las interacciones luz-materia a escala atómica. “Nadie ha intentado volar uno de estos instrumentos todavía”, declaró Ben Stray, investigador postdoctoral del JPL, y agregó: “Necesitamos volarlo para determinar su correcto funcionamiento, lo que nos permitirá avanzar no solo en el gradiómetro de gravedad cuántica, sino también en la tecnología cuántica en general”.
La iniciativa es una colaboración entre la NASA y socios comerciales. El JPL trabaja con AOSense e Infleqtion para desarrollar el cabezal del sensor, mientras que el programa Goddard de la NASA colabora con Vector Atomic para perfeccionar los sistemas ópticos láser.
Más allá de las ciencias de la Tierra, el éxito del QGGPf podría influir en la exploración planetaria y la física fundamental, ampliando nuestra capacidad para investigar cómo la gravedad moldea los cuerpos celestes y el universo en general. “El instrumento QGGPf propiciará aplicaciones en ciencias planetarias y física fundamental”, enfatizó Hyon.
Referencias de la noticia:
Stray, B., Bosch-Lluis, X., Thompson, R. et al. "Quantum gravity gradiometry for future mass change science". EPJ Quantum Technol. (2025).
Clarence Oxford. "NASA prepares to launch space-based quantum gravity sensor". Space Daily. Los Angeles CA (SPX). 10 de abril (2025).