Një sfidë kritike për inxhinierët është të matin distancat me saktësi gjithnjë e më të madhe. Vitet e fundit, kjo është bërë e mundur me rezolucionin nanometër në distanca prej disa metrash. Kjo do të thotë me një saktësi të barabartë me gjerësinë e një vargu të ADN-së njerëzore. Edhe pse mbresëlënëse, inxhinierët do të donin shumë ta kishin atë lloj saktësie në distanca shumë më të gjata.
Tani Yan-Wei Chen në Universitetin e Shkencës dhe Teknologjisë të Kinës në Hefei, dhe kolegët e tij, kanë gjetur një mënyrë për ta bërë këtë. Ata thonë se mund të matin distancat më të mëdha se 100 kilometra me saktësi nanometër dhe se zbulimi i tyre do të ketë aplikime të menjëhershme në një gamë të gjerë projektesh shkencore dhe inxhinierike kufitare.
Për shumë vite, matjet më të sakta të distancës kanë përdorur teknologji të bazuara në dritë, si radari me lazer ose lidar. Kjo mat kohën kur fotonet janë në fluturim për të përcaktuar distancën që ata udhëtojnë. Ai kufizohet përfundimisht nga rezolucioni i pajisjeve të kohës, por megjithatë arrin saktësi prej dhjetëra mikrometrash për shumë kilometra.
Modelet e ndërhyrjeve
Kjo mund të tingëllojë mbresëlënëse, por mund të përmirësohet ndjeshëm duke e kombinuar atë me interferometri. Kjo teknikë pasqyron një rreze lazer nga një pasqyrë e largët duke krijuar një model ndërhyrje që varet nga distanca dhe çdo ndryshim në të.
Edhe pse më mirë, saktësia e kësaj teknike kufizohet nga periodiciteti i valëve elektromagnetike, gjë që sjell paqartësi të pashmangshme.
Pra, fizikanët e zvogëlojnë këtë paqartësi duke kombinuar matjet nga një shumëllojshmëri gjatësi vale që përfshijnë spektrin elektromagnetik. Mjeti që ata përdorin për ta bërë këtë quhet një krehër me frekuencë optike, i cili gjeneron një spektër frekuencash optike të barabarta, të ngjashme me dhëmbët e një krehri.
Ndërsa dhëmbët e krehës kanë frekuenca optike specifike, boshllëqet midis dhëmbëve përcaktohen nga sinjalet radio me frekuencë më të ulët. Në këtë mënyrë, krehërat me frekuencë optike shtrijnë spektrin elektromagnetik, duke i bërë ato ideale për të përmirësuar saktësinë e matjeve të distancës. Në të vërtetë, kjo është teknologjia që ka bërë të mundur matjen e distancave me saktësi në shkallë nanometër mbi disa metra.
Por matjet në distancë më të gjatë nuk kanë qenë të mundshme për shkak të humbjeve në transmetim dhe zhurmës atmosferike të shkaktuar nga ndryshimet në presionin e ajrit, temperaturën dhe lagështinë. Këto mund të shtrembërojnë sinjalet e dritës dhe të zvogëlojnë saktësinë e matjes.
Ja ku Yan-Wei dhe kolegët kanë ndërhyrë me një teknikë që i kapërcen këto çështje. Krehërat e frekuencës optike konvencionale matin distancën vajtje-ardhje të një rreze të reflektuar. Në të kundërt, novacioni i Yan-Wei dhe co përdor dy krehër, një në çdo skaj të distancës në fjalë. Më pas, trarët ndërhyjnë në çdo fund të eksperimentit, duke krijuar modele nga të cilat mund të konkludohet distanca.
Trarët e kundërt
Edhe pse dy krehërat janë identikë, modelet e ndërhyrjes që ato krijojnë në çdo skaj nuk janë, pasi atmosfera ndikon secila paksa e ndryshme sepse rrezet udhëtojnë në drejtime të kundërta. “Duke krahasuar rezultatet e dy sistemeve të pavarura të ndërhyrjeve me frekuencë optike, ne mund të kapim në mënyrë efektive lëvizjen atmosferike në kohë reale dhe të zbusim ndikimin e saj”, thonë ata.
Rezultati është një sistem me saktësi që të lë pa frymë. “Duke përdorur këto teknika, ne kemi demonstruar matje të distancës absolute me precizion të lartë në një rrugë prej 113 km me një saktësi prej 82 nm,” thotë ekipi. “Me sa dimë, ky studim përfaqëson shembullin e parë të matjes kaq të saktë të distancës absolute në një shteg që tejkalon 100 km.”
Kjo menjëherë sugjeron një shumëllojshmëri aplikimesh. Për shembull, matjet e sakta të distancës janë kritike për fluturimin e formacioneve satelitore, gjë që kërkon ndarje të saktë midis sondave për të mundësuar vëzhgime të koordinuara. Duke ruajtur linjat e sakta bazë midis satelitëve, studiuesit mund të krijojnë hapje të mëdha sintetike për imazhe me rezolucion të lartë dhe vëzhgime astrofizike, të tilla si interferometria bazë shumë e gjatë për astronominë radio.
Projekte të ndryshme në mbarë botën po projektojnë pikërisht këto lloj sistemesh, prandaj zbulimi ka zbatim të menjëhershëm. Në parim, ai mund të rrisë në mënyrë dramatike saktësinë e distancës kudo që aplikohet. Punë mbresëlënëse!
Ref: 113 km Rang absolut me saktësi nanometër: arxiv.org/abs/2412.05542
