Naučnici bi mogli otkriti mnogo više o tome što se nalazi pod zemljom kada bi se naš planet mogao razrezati i posmatrati kao presjek – ali kako to zapravo nije moguće, umjesto toga moraju se osloniti na niz drugih metoda.
Jedan novi pristup upravo je dokazan na terenu: nedavno razvijeni uređaj nazvan kvantni gravitacijski gradiometar korišten je za uspješno uočavanje tunela zakopanog metar pod zemljom.
Tipični gravitacijski senzori rade uspoređujući male razlike u položajima identičnih svjetlosnih valova. Ovo dobro funkcionira za velike strukture, ali za manje skrivene objekte ljuljanje i podrhtavanje tla, opreme, pa čak i nasumične toplinske vibracije čine sve teže razaznati detalje.
Senzor kvantne gravitacije dodaje filter koji koristi valnu prirodu atoma u ultrahladnim oblacima koji slobodno padaju, radikalno poboljšavajući rezoluciju senzora. Gotovo neprimjetne razlike u tome kako gravitacija utječe na te atome otkrivaju sastav tla ispod, ističući praznine u tlu kao što su tuneli.
"Ovo je 'Edisonov trenutak' u osjetilima koji će transformirati društvo, ljudsko razumijevanje i ekonomiju", kaže fizičar Kai Bongs sa Univerziteta Birmingham u Velikoj Britaniji.
"Ovim otkrićem imamo potencijal da prekinemo oslanjanje na lošu evidenciju i sreću dok istražujemo, gradimo i popravljamo. Osim toga, podzemna karta onoga što je trenutno nevidljivo sada je značajan korak bliže, okončavajući situaciju u kojoj znamo više o Antarktiku od onoga što se nalazi nekoliko stopa ispod naših ulica."
Novi instrument je vrsta atomskog interferometra – uređaja koji se razvijaju više od 20 godina. Izazov im je bio dovođenje u veličinu i oblik što znači da se mogu postaviti praktički na otvorenom, piše Science Alert.
Sada kada je kvantni gravitacijski gradiometar prošao svoj prvi test u stvarnom svijetu izvan laboratorija, nudi obilje potencijala da bude koristan u bilo kojem scenariju u kojem moramo znati šta se nalazi pod zemljom.
To bi moglo biti postavljanje temelja za novi sistem podzemne željeznice, na primjer, ili pokušaj predviđanja vulkanske erupcije. Novi instrument je jeftiniji, brži i opsežniji od mnogih trenutno dostupnih alternativa, a također bi trebao biti pouzdaniji u svom mapiranju.
Senzor je posebno izvanredan u uklanjanju smetnji od vibracija, varijacija u temperaturi i pomaka u magnetnim poljima – što sve može otežati dijelovima opreme da otkriju šta se nalazi ispod zemlje.
"Otkrivanje uvjeta tla kao što su rudarski radovi, tuneli i nestabilno tlo temeljno je za našu sposobnost projektiranja, izgradnje i održavanja stanova, industrije i infrastrukture", kaže geofizičar George Tuckwell sa Univerziteta Birmingham.
"Poboljšana sposobnost koju ova nova tehnologija predstavlja mogla bi promijeniti način na koji mapiramo teren i realizujemo ove projekte."
Iako je ovaj "novi prozor u podzemlje" operativan, još uvijek postoje neka ograničenja u pogledu veličine i dubine struktura koje se mogu detektirati, te koliko se gustoća strukture mora razlikovati od njezine okoline.
Razvoj uređaja će se nastaviti, a naučnici su uvjereni da se u budućnosti može učiniti prenosivijim i jednostavnijim za korištenje. S daljnjim proučavanjem mogao bi postati i do 100 puta osjetljiviji, kaže tim koji stoji iza senzora.
"Očekuje se da će se takva izvedba postići u praktičnim instrumentima u sljedećih 5-10 godina", pišu istraživači u svom objavljenom radu.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature.