کمربندها را ببندید، نِردهای عزیز: ناسا در حال ساخت اولین حسگر کوانتومی گرانش برای فضا است — دستگاهی به اندازه یک چمدان که ممکن است به‌زودی بتواند همه چیز، از مخازن زیرزمینی آب گرفته تا ذخایر پنهان نفت را تنها از طریق مشاهده رفتار اتم‌ها در میدان گرانشی اندازه‌گیری کند.
این پروژه که با همکاری آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) و چند شریک دیگر در حال توسعه است، نامش Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) است. همان‌طور که از نامش پیداست، QGGPf یک گرادیومتر گرانشی است — دستگاهی که اختلاف شتاب میان دو جرم نزدیک به یکدیگر را اندازه‌گیری می‌کند. این اختلاف شتاب، نشان‌دهنده‌ی شدت نیروی گرانش وارد بر هر یک از جرم‌هاست. در جایی که گرانش قوی‌تر باشد، اجسام (یا همان جرم‌های آزمایشی) سریع‌تر سقوط می‌کنند.
گرانش زمین در واقع ثابت نیست — بلکه به‌طور مداوم با جابه‌جایی جرم در سطح سیاره تغییر می‌کند. فرآیندهایی مانند فعالیت‌های تکتونیکی، ذوب یخچال‌ها، یا خالی شدن آبخوان‌ها می‌توانند نیروی گرانش را در نواحی مختلف کمی تغییر دهند. این تغییرات در مقیاس فیزیکی ما انسان‌ها قابل حس نیستند — اما برای ابزارهای فوق‌حساس دانشمندان کاملاً قابل تشخیص هستند.
این نوسانات ریز در گرانش فقط ویژگی‌های جالب طبیعت نیستند — بلکه کاربردهای بسیار مهمی در سیستم‌های ناوبری، نقشه‌برداری از منابع طبیعی، و حتی امنیت ملی دارند. با استفاده از حسگرهای مناسب، دانشمندان می‌توانند با تکیه بر نیروی گرانش، به‌نوعی زیر سطح زمین را «ببینند». هرچه نقشه‌ی گرانشی دقیق‌تر باشد، درک ما از آنچه زیر پایمان می‌گذرد نیز بهتر خواهد بود.
اینجاست که جادوی کوانتومی وارد عمل می‌شود: QGGPf از دو توده از اتم‌های فوق‌سرد — که نقش «جرم‌های آزمایشی» را دارند — استفاده می‌کند و سرعت سقوط آن‌ها را نسبت به یکدیگر مقایسه می‌کند. هر توده‌ای که سریع‌تر سقوط کند، نشان‌دهنده‌ی آن است که گرانش در آن نقطه قوی‌تر است. تفاوت شتاب میان این دو توده به دانشمندان نشان می‌دهد که ناهنجاری‌های گرانشی در کجا قرار دارند.
بر خلاف گرادیومترهای گرانشی قدیمی‌تر، QGGPf از فیزیک کوانتومی بهره می‌گیرد تا دقت و تکرارپذیری بالایی را تضمین کند. فیزیکدان شنگ-وی چیو (Sheng-wey Chiow) می‌گوید:
«با استفاده از اتم‌ها، می‌توانم تضمین کنم که هر بار اندازه‌گیری یکسانی خواهیم داشت. ما نسبت به نویزهای محیطی کمتر حساس هستیم.»
این دستگاه با وجود دقت بالا، بسیار جمع‌وجور است — حداقل طبق استانداردهای فضایی. وزن آن تنها ۱۲۵ کیلوگرم (۲۷۵ پوند) است و حجمی معادل ۰.۲۵ متر مکعب (حدود ۰.۳ یارد مکعب) را اشغال می‌کند.
طبق اعلام ناسا، گرادیومترهای گرانشی کوانتومی می‌توانند تا ۱۰ برابر حساس‌تر از حسگرهای کلاسیک باشند. این یعنی داده‌هایی با وضوح بیشتر، نقاط کور کمتر، و بینشی بسیار دقیق‌تر نسبت به آنچه زیر پای ما — و شاید روزی زیر سطح دیگر سیارات — در حال وقوع است.
QGGPf قرار است تا پایان این دهه به فضا پرتاب شود. هدف اصلی آن، آزمایش فناوری در عمل است — به همین دلیل هم واژه‌ی «Pathfinder» (پیشگام) در نامش آمده.
بن استری (Ben Stray)، پژوهشگر پسا‌دکترای JPL، می‌گوید:
«تا به حال هیچ‌کسی چنین دستگاهی را به فضا نفرستاده. باید آن را در فضا امتحان کنیم تا واقعاً بفهمیم از چه چیزی قادر است.»
اگر QGGPf همان‌طور که انتظار می‌رود عمل کند، شاید نه‌تنها بتوانیم سیاره‌ی خود را با دقتی بی‌سابقه نقشه‌برداری کنیم، بلکه روش نگاه ما به دل صخره‌ای و گازی سیارات دوردست را نیز برای همیشه تغییر دهد.