L'espace de la NASA

Un membre de l’équipe de mission Cold Atom Lab travaille sur le module Quantum Observer. Le laboratoire est une installation de science quantique qui fonctionne sur la Station spatiale internationale depuis 2018. Ce module constitue une mise à niveau des capacités scientifiques du laboratoire.

Le Cold Atom Lab, une installation de science quantique qui fonctionne sur la Station spatiale internationale, a à peu près la taille d'un petit réfrigérateur. Télécommandé depuis le JPL en Californie du Sud, il a accueilli des dizaines d'expériences sur la nature quantique des atomes et des particules.

Le Cold Atom Lab de l'agence bénéficie de sa deuxième mise à niveau majeure et l'utilisera pour explorer le domaine quantique.

Le mardi 1er août, une mise à jour matérielle majeure du Cold Atom Lab de la NASA a décollé à bord d'un vaisseau spatial de ravitaillement Northrop Grumman Cygnus en route vers la Station spatiale internationale. De la taille d'un petit réfrigérateur, le laboratoire est parfois considéré comme l'endroit le plus frais de l'univers connu en raison de sa capacité à refroidir les atomes jusqu'à presque le zéro absolu. Il permet à des dizaines de scientifiques sur Terre de réaliser des expériences en science quantique, l’étude des comportements fondamentaux des atomes et des particules qui composent le monde qui nous entoure.

Le domaine de la science quantique a conduit au développement de technologies quotidiennes telles que les lasers, les transistors (un composant clé des smartphones et des ordinateurs), les satellites GPS et les appareils médicaux. Les progrès futurs dans ce domaine promettent d’améliorer la navigation et les communications spatiales.

Un vaisseau spatial de ravitaillement Northrop Grumman Cygnus – transportant plus de 8 200 livres d'enquêtes scientifiques et de fret pour la Station spatiale internationale, y compris une mise à niveau matérielle pour le Cold Atom Lab – décolle du Wallops Flight Facility de la NASA en Virginie le 1er août.

Installé en 2018, le Cold Atom Lab est la première installation de ce type, et l'équipe de mission a connu une courbe d'apprentissage abrupte pour comprendre comment, dans l'environnement d'apesanteur de la station, réaliser à distance des expériences conçues sur Terre. Le nouveau matériel – que l'équipe appelle le module Quantum Observer – intègre certaines des leçons apprises au cours des cinq années d'exploitation de Cold Atom Lab.

"Les expériences que nous effectuons au Cold Atom Lab nous permettront un jour de mesurer la gravité avec une précision sans précédent, et c'est un outil extrêmement précieux à avoir dans l'espace", a déclaré Jason Williams, scientifique du projet Cold Atom Lab au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. qui gère l'installation pour la NASA.

Une façon d’évaluer la répartition de la densité d’une planète ou d’une lune consiste à mesurer les changements de gravité à la surface, afin que les scientifiques puissent sonder la composition de différents mondes depuis l’orbite ou suivre le mouvement de l’eau sur Terre. La mesure de la gravité permet également aux scientifiques de mesurer l’accélération d’un vaisseau spatial, ce qui pourrait être utilisé dans la navigation spatiale de précision.

De plus, des capteurs quantiques pourraient être utilisés dans des missions spatiales étudiant des mystères cosmologiques comme la matière noire et l’énergie noire. La matière noire est un matériau invisible qui rassemble la matière à travers l'univers, tandis que l'énergie noire est un phénomène encore plus mystérieux qui accélère l'expansion de l'univers.

Bien que Cold Atom Lab n'ait pas besoin d'astronautes pour l'aider dans ses opérations quotidiennes, un membre de l'équipage installera le module Quantum Observer cet automne. Les astronautes ont pris en charge les précédentes mises à niveau et réparations du laboratoire.

Les atomes et les particules sont les éléments constitutifs de toute la matière connue dans l'univers, mais ils ne se comportent pas toujours comme les objets plus gros qu'ils composent. Leur nature quantique signifie qu’ils peuvent osciller entre se comporter comme des objets solides et se comporter comme des ondes, de sorte qu’ils semblent parfois se trouver à deux endroits à la fois. Ils peuvent également franchir instantanément les barrières physiques, un phénomène appelé tunnel quantique.

Cold Atom Lab facilite l’étude des comportements quantiques des atomes. Une solution consiste à refroidir les atomes à de petites fractions de degré au-dessus de la température la plus basse que la matière puisse atteindre, le zéro absolu. Cela entraîne un mouvement plus lent des atomes, ce qui facilite leur étude. De plus, certains atomes à cette température peuvent former collectivement un condensat de Bose-Einstein, un état de la matière dans lequel leurs comportements quantiques, typiquement microscopiques, peuvent être observés à une échelle macroscopique.