LOTIS : un projet d’avant-garde pour des capteurs quantiques dans l’espace

Un consortium britannique à l’échelle nationale travaille sur l’incorporation de nanocapteurs de pointe sur de petits satellites de la taille d’une boîte à chaussures, communément appelés CubeSats.

Les universités de Warwick, Swansea et Strathclyde se sont vu attribuer 250 000 £ pour poursuivre la recherche sur les nanoparticules et la physique quantique dans le domaine des technologies spatiales.

Des avancées récentes dans le domaine de l’optomécanique en lévitation (le mouvement de minuscules particules maintenues et mesurées en espace libre par la lumière laser) ont montré que les nanoparticules peuvent présenter des comportements régis par les lois de la mécanique quantique (une théorie fondamentale qui décrit la façon dont les atomes et les particules subatomiques interagissent).

C’est ainsi que les nanoparticules, mille fois plus grandes qu’un atome et mille fois plus petites qu’un grain de sable, ont été étudiées en laboratoire en tant que nouveaux capteurs. Mais les scientifiques doivent encore appliquer cette technologie au monde réel – et au-delà.

Dans le cadre d’un programme financé par l’Agence spatiale britannique (UKSA), des chercheurs repoussent maintenant les limites de la technologie quantique pour que les nanoparticules puissent être utilisées comme capteurs dans l’espace. Le projet ‘Levitated Optomechanical Technologies In Space’ (LOTIS), d’une durée de 18 mois, vise à développer des technologies pour les futurs appareils spatiaux utilisant des nanoparticules.

LOTIS se concentrera sur des dispositifs qui sont petits, légers et qui, plutôt que des satellites de la taille d’une voiture, peuvent s’adapter sur des nanosatellites plus compacts de la taille d’une boîte à chaussures, connus sous le nom de CubeSats. Cette approche réduit considérablement les coûts de développement et de lancement.

Il existe de nombreuses applications pour les nanoparticules en tant que capteurs. Peu de choses sont connues sur la densité de la thermosphère, une couche de l’atmosphère terrestre qui commence à environ 80 km au-dessus du niveau de la mer, et cette technologie pourrait fournir des informations détaillées à ce sujet. Déterminer la densité de cette région a des applications spatiales, permettant de comprendre la résistance rencontrée par les satellites en orbite et d’aider à cartographier leurs trajectoires.

Le projet vise également à développer des gravimètres (des appareils pour mesurer les champs gravitationnels), qui sont particulièrement utiles sur Terre comme outil en géophysique et observation de la Terre. Comme la gravité traverse les objets opaques, les gravimètres peuvent aider à cartographier ce qui se trouve sous le sol, ce qui est particulièrement utile pour le génie civil ou la surveillance des aquifères.

LOTIS soutiendra également les technologies pour la mission proposée de résonateurs quantiques macroscopiques (MAQRO), qui cherche à tester les prédictions de la mécanique quantique sur des objets de plus en plus grands, de masse supérieure. Cela est essentiel pour comprendre la validité de la mécanique quantique, qui décrit généralement le comportement de petits objets, d’atomes et de particules subatomiques, mais pas d’objets plus grands que cela.

Le Dr James Bateman, physicien à l’Université de Swansea, a indiqué : « Je suis ravi de diriger ce projet de l’UKSA, qui créera les technologies nécessaires pour établir une plateforme de détection fonctionnelle pour les applications spatiales et terrestres. Notre équipe est composée d’experts en nanosatellites, en détection quantique et en optomécanique expérimentale, et ce projet contribuera à faire de la réalité les capteurs optomécaniques en lévitation. »

Le professeur Animesh Datta, expert en physique théorique à l’Université de Warwick, a ajouté : « LOTIS est une étape concrète vers la réalisation d’une nouvelle génération d’expériences qui aideront à éclairer l’interface entre la mécanique quantique et la gravité. J’attends avec impatience de contribuer à son succès. »

Le théoricien quantique Dr Daniel Oi, physicien à l’Université de Strathclyde, a conclu : « Nous développons des capteurs très sensibles pour les satellites qui sont considérablement réduits en taille et capables de réaliser des mesures de l’environnement spatial. Cela fait partie d’un programme de technologie quantique plus large, à l’échelle internationale, qui étendra ses applications aux applications terrestres et spatiales.« 

En synthèse

LOTIS marque une avancée majeure dans l’application de la technologie quantique aux nanosatellites. Avec le développement de nanocapteurs basés sur des nanoparticules, le projet pourrait élargir notre compréhension de l’environnement spatial et terrestre. Néanmoins, ces technologies sont encore en développement et n’ont pas encore été appliquées au monde réel.

Crédit image / University of Swansea

De plus amples informations sont disponibles à l’adresse suivante : https://levitation.wales