Опубликованы результаты эксперимента с квантовым прибором на МКС
Группа исследователей опубликовала 7 мая в журнале Physical Review Applied результаты испытаний квантового магнитометра OSCAR-QUBE. Сам эксперимент с использованием прибора проходил на борту Международной космической станции в 2021–2022 годах и длился около десяти месяцев.
Как устроен прибор
Устройство получилось совсем небольшим — примерно 10×10 сантиметров. Это настоящий квантовый датчик, который в перспективе может стать компактной и точной заменой громоздким спутниковым магнитометрам.
В сердце прибора лежит крошечный искусственный алмаз размером с чечевицу. Вся его «сверхспособность» заключена в особых дефектах внутри кристалла — так называемых азотно-вакансионных центрах (NV-центрах).
Представьте, что в идеальной алмазной решетке из атомов углерода вдруг появляется «дырка» (вакансия), а рядом с ней находится атом азота. Такой «бракованный» участок ведет себя как очень чувствительный квантовый датчик. Он остро реагирует даже на слабые изменения магнитного поля — примерно как стрелка компаса, только в миллионы раз точнее и чувствительнее.
Как это работает на практике
Во время эксперимента алмаз одновременно подсвечивали зеленым лазером и облучали микроволнами. В ответ он начинал светиться красным светом. Яркость и другие характеристики этого свечения менялись в зависимости от силы окружающего магнитного поля.
По этим изменениям свечения ученые с высокой точностью определяли, как именно магнитное поле Земли меняется в пространстве.
Результаты оказались очень точными — данные, полученные с помощью алмазного сенсора, хорошо совпали с существующими моделями магнитного поля Земли. Это подтвердило, что метод работает и его можно использовать.
Почему такие измерения важны
Магнитное поле Земли формируется движением расплавленного вещества во внешнем ядре планеты. Однако его поведение остается не до конца понятным. Особенно сложно объяснить небольшие и быстрые изменения, а также постепенное ослабление поля, которое наблюдается уже около двух столетий.
Точные измерения с орбиты позволяют уточнять геофизические модели и лучше понимать процессы внутри Земли. Кроме того, такие данные важны для навигации в условиях, когда спутниковые системы вроде GPS недоступны или дают сбои.
Что показал эксперимент на МКС
OSCAR-QUBE подтвердил, что квантовая технология может стабильно работать в космосе. При этом по чувствительности он пока не превосходит лучшие классические магнитометры.
Исследователи отмечают, что измерения проводились внутри станции, где электромагнитное оборудование создавало дополнительные помехи. Это ограничивало чистоту сигнала, но не помешало проверить сам принцип работы.
«Измерение магнитного поля Земли очень информативно, потому что оно отражает множество процессов внутри планеты», — пояснил руководитель проекта Ярослав Хруби из Университета Хассельта.
В дальнейшем ученые планируют размещать подобные датчики уже за пределами станции, чтобы минимизировать влияние посторонних полей и получить более точные данные.
Если технология будет развиваться, квантовые магнитометры могут стать стандартным оборудованием для небольших спутников. Это позволит запускать более дешевые миссии и одновременно получать детализированные карты магнитного поля Земли, что важно для понимания ее внутренней динамики и долгосрочных изменений.
