La Terra sta per diventare un gigantesco rilevatore di forze invisibili dell’Universo
Un progetto rivoluzionario trasformerà il nostro pianeta in una piattaforma sensibile e silenziosa, capace di captare forze finora invisibili.
Grazie a tecnologie quantistiche in orbita, la Terra stessa diventa parte attiva di un esperimento che punta a svelare quello che non sappiamo della materia oscura e delle interazioni oltre il Modello Standard. Al centro di questo ambizioso piano c’è SQUIRE, acronimo di Space Quantum Interferometer for the Recognition of Exotic interactions, una missione scientifica che sfrutta la precisione estrema di sensori quantistici basati sullo spin per rilevare segnali fisici debolissimi.
A differenza degli esperimenti terrestri, l’ambiente spaziale offre condizioni ideali: velocità elevate, interferenze ridotte e accesso a risorse naturali uniche, come la gigantesca sorgente di spin polarizzati rappresentata dalla Terra. Quando un sensore quantistico in orbita passa sopra il nostro pianeta, può intercettare le interazioni tra le particelle esotiche dell’universo e i geoelettroni del mantello terrestre.
Questi elettroni, orientati dal campo geomagnetico, costituiscono una riserva di spin che supera di 17 ordini di grandezza i migliori sistemi artificiali da laboratorio. Inoltre, la velocità della stazione spaziale cinese in orbita bassa, pari a circa 7,67 km/s, amplifica la risposta dei sensori agli effetti di tipo velocità-dipendente.
I sensori SQUIRE rilevano piccolissime variazioni nei livelli energetici atomici causate da forze esotiche ipotizzate dalla fisica teorica. Queste variazioni si manifestano come campi pseudomagnetici, modulati dal moto orbitale. Ciò permette di isolare il segnale nella banda a 0,189 mHz, meno rumorosa rispetto alle frequenze statiche. L’intero sistema può così raggiungere una sensibilità fino a 20 pT, contro lo 0,015 pT dei sistemi terrestri.
La tecnologia quantistica che ascolta il cosmo
Il cuore della piattaforma è un sensore a doppio gas nobile, che utilizza due isotopi dello xeno, 129Xe e 131Xe, con proprietà magnetiche opposte. Questa combinazione consente di sopprimere i disturbi magnetici comuni di un fattore 10⁴, isolando solo i segnali dovuti a interazioni spin-dipendenti. Un sistema di correzione attiva delle vibrazioni, basato su giroscopi a fibra ottica, riduce ulteriormente il rumore meccanico. Infine, la struttura del sensore, protetta da uno scudo di alluminio da mezzo centimetro e sistemi elettronici ridondanti, resiste alle interferenze da radiazione cosmica, garantendo stabilità anche in ambienti spaziali estremi.
I test mostrano che il prototipo è già in grado di raggiungere una sensibilità di 4,3 fT su 1165 secondi, perfettamente calibrata per rilevare segnali legati al periodo orbitale. Questo livello di precisione non è mai stato raggiunto prima in missioni dedicate alla ricerca di materia oscura direttamente nello spazio.
Una rete spaziale per la fisica oltre il visibile
La visione a lungo termine di SQUIRE prevede una rete integrata di sensori spazio-Terra, in grado di scandagliare nuove interazioni, testare l’esistenza degli aloni di assioni, e persino sondare eventuali violazioni di simmetrie fondamentali come CPT. I sensori in orbita potranno essere affiancati da futuri strumenti su altri pianeti ricchi di particelle polarizzate, come Giove o Saturno, estendendo il campo di ricerca all’intero sistema solare.
In un futuro non troppo lontano, il nostro pianeta e la sua orbita potrebbero diventare un laboratorio distribuito, in grado di intercettare segnali finora irraggiungibili e gettare luce su quelle forze che, pur invisibili, governano la struttura profonda dell’universo.