La Cina ha raggiunto un traguardo pionieristico nel campo della fisica quantistica e dell’esplorazione spaziale: ha messo in funzione, per la prima volta al mondo, un giroscopio a atomi freddi direttamente nello spazio. Si tratta di uno strumento rivoluzionario, in grado di rilevare con una precisione estrema anche i più impercettibili movimenti di rotazione e accelerazione.
Questa innovazione promette grandi vantaggi in ambito spaziale, come sistemi di guida ultra-precisi per navicelle e satelliti, e potrebbe addirittura contribuire a verificare teorie fondamentali della fisica, tra cui la relatività generale di Einstein.
Un sensore quantistico in orbita
Il dispositivo, denominato CSSAI (China Space Station Atom Interferometer), è stato portato sulla Stazione Spaziale Cinese nel novembre 2022. Grande quanto un forno a microonde e con un consumo energetico ridotto (75 watt), il CSSAI sfrutta le proprietà ondulatorie della materia attraverso l’interferometria atomica. Al suo interno, nuvole di atomi di rubidio vengono raffreddate quasi allo zero assoluto, divise e poi ricombinate grazie a fasci laser. Le interferenze generate cambiano in base ai movimenti, permettendo misurazioni estremamente sensibili.
Precisione da record
Durante gli esperimenti in orbita, il team ha raggiunto una sensibilità nella misura della rotazione inferiore a 3,0×10⁻⁵ radianti al secondo: come percepire il lento girare di una moneta da oltre 100 km di distanza. Anche l’accelerazione è stata rilevata con una precisione eccezionale, migliore di 1,1×10⁻⁶ metri al secondo quadrato – oltre 100.000 volte più precisa di un accelerometro da smartphone.
I risultati sono stati confermati confrontando i dati del CSSAI con quelli dei giroscopi di bordo della Stazione Spaziale, dimostrando l’affidabilità dello strumento. Il team ha inoltre individuato un “angolo magico” nella configurazione laser, capace di ridurre gli errori legati alle variazioni degli atomi, migliorando ulteriormente la precisione delle misurazioni.
Oltre la navigazione: nuove frontiere nella fisica
Il giroscopio quantistico cinese non è utile solo per la navigazione: potrebbe anche permettere test più accurati su fenomeni come l’effetto frame-dragging, una distorsione dello spazio-tempo provocata da oggetti in rotazione, prevista dalla teoria di Einstein. Studi precedenti, come quelli condotti dalla NASA e dall’Italia con i satelliti Gravity Probe B e LARES, avevano già misurato questi effetti con una precisione del 19% e del 3%. Ma il CSSAI apre la strada a misurazioni ancora più raffinate, grazie alla tecnologia quantistica.
La Cina accelera sulle tecnologie quantistiche spaziali
Questo successo conferma l’impegno della Cina nello sviluppo di tecnologie quantistiche da impiegare nello spazio. Mentre Stati Uniti ed Europa hanno condotto esperimenti simili in condizioni di microgravità su razzi o nella Stazione Spaziale Internazionale, il CSSAI è il primo giroscopio quantistico operativo in orbita.
Secondo i ricercatori cinesi, l’obiettivo a lungo termine è sviluppare sensori quantistici per missioni spaziali autonome, anche in assenza del GPS. Il prossimo passo sarà ridurre ulteriormente gli errori sistematici e adattare la tecnologia a sistemi più complessi, potenzialmente impiegabili anche su satelliti, veicoli sottomarini o mezzi militari avanzati.
