Gli ingegneri del Goddard Space Flight Center della NASA hanno sviluppato un laser minuscolo ma potente che potrebbe un giorno aiutare gli astronauti a trovare l'acqua sulla luna. Un laser più piccolo di una moneta utilizza effetti di meccanica quantistica per creare un raggio nell'intervallo terahertz (THz) che può rilasciare acqua latente.
È noto da più di un decennio che c'è acqua sulla Luna, grazie a missioni come Chandrayaan 1.
Questo orbiter ha fotografato la superficie lunare utilizzando uno spettrometro che ha misurato la riflessione e l'assorbimento della luce a diverse lunghezze d'onda, che possono rivelare la composizione del materiale presente, comprese le molecole d'acqua.
Per quanto utili fossero questi strumenti, mancavano della sensibilità per distinguere l'acqua da forme simili come ioni idrogeno liberi e idrossile.
Strumenti più precisi chiamati spettrometri eterodina si concentrano su bande di frequenza più strette combinando la luce in entrata con la luce di un laser nel dispositivo e quindi misurando la differenza tra le due sorgenti luminose.
Gli ingegneri di Goddard hanno sviluppato uno di questi dispositivi in grado di sintonizzarsi sulle frequenze terahertz dell'acqua.
I generatori e i laser esistenti che generano onde terahertz sono sistemi ingombranti, pesanti e ad alta intensità energetica, ma sono riusciti a ridurre il loro design alle dimensioni di una moneta. Per fare ciò, il team ha utilizzato alcuni strani effetti quantistici.
Il dispositivo è un cosiddetto laser a cascata quantistica, che consiste in una serie di strati ultrasottili di materiali semiconduttori.
I fotoni emessi colpiscono questa serie di barriere e, poiché gli strati sono molto sottili, c'è una maggiore possibilità che i fotoni semplicemente ignorino le barriere e si presentino dall'altra parte, un fenomeno chiamato tunnel quantistico.
Quando un fotone raggiunge l'altro lato, eccita altri fotoni, quindi quando passano attraverso 80-100 strati del dispositivo, il risultato finale è una cascata di fotoni in scala terahertz. La guida d'onda e la sottile antenna ottica mantengono il raggio a fuoco più a lungo.
Anche con un alimentatore, un processore e uno spettrometro, gli scienziati affermano che l'intero sistema potrebbe stare in un dispositivo delle dimensioni di un bollitore.
Ciò significa che in futuro le persone potrebbero utilizzare un tale dispositivo portatile per cercare acqua sulla Luna, su Marte o su altri oggetti.
Anche se c'è ancora molto lavoro da fare, i ricercatori hanno in programma di creare una versione pronta per il volo per il prossimo programma Artemis, che riporterà gli esseri umani sulla Luna entro il 2024.
2022-08-29 08:54:17
Autore: Vitalii Babkin