Esta vez, están midiendo las amplitudes de vibración de una trampa de iones criogénica: alrededor de 10 nanómetros, de pico a pico.
De izquierda a derecha, JD Rice, Trevor Michelson y Chris Seck miran un monitor en el laboratorio de Seck. Los tres llevan gafas de seguridad para protegerse de los rayos láser utilizados por el vibrómetro de barrido, que ayuda a Seck a cuantificar la vibración de un aparato en su laboratorio. Carlos Jones/ORNL, Departamento de Energía de EE. UU.
«Esta es la primera prueba real de los límites absolutos de la máquina», dijo el investigador Blake Van Hoy de la División de Ingeniería y Ciencia de Enriquecimiento de la Dirección de Ingeniería y Ciencia de Isótopos (ESED).
Van Hoy es el experto residente en el vibrómetro de escaneo 3D. Después de redactar una propuesta de equipamiento de capital para la planta presentándola como una inversión en infraestructura a largo plazo, en 2021 el laboratorio compró el equipo especializadoque utiliza láseres visibles o infrarrojos de tres cabezales para construir una matriz geométrica, dispersando la luz y evaluando la vibración para producir mediciones de alta fidelidad de casi cualquier objeto, desde enorme a diminuto y de cualquier forma.
Su uso principal en ORNL hasta ahora ha sido ayudar a ESED con investigación y desarrollo. El panel compuesto, por ejemplo, se midió junto con otros tipos de paneles para ver cuál era mejor para reducir la energía de vibración.
Pero Van Hoy ha abogado por un uso más generalizado del vibrómetro de barrido, que pertenece al laboratorio, no específicamente a ESED.
Es por eso que estaba emocionado de escuchar a Chris Seck, un científico investigador del grupo de Computación y Detección Cuántica de la Dirección de Computación y Ciencias Computacionales.
Seck lidera un proyecto para diseñar y desarrollar un aparato criogénico de trampa de iones para simular líquidos de espín cuántico, un área de investigación clave en ciencia de materiales y estudios de dispersión de neutrones. En el simulador, Seck puede manipular los qubits de iones atrapados (o bits cuánticos, la unidad básica de información en la computación cuántica) para que se comporten de manera similar a materiales cuánticos que serían difíciles de estudiar en un laboratorio.
Pero una fuente común de error en el uso de trampas de iones criogénicas es la vibración del aparato real, que influye en el comportamiento de los iones.
Seck está utilizando un sistema de vacío hecho a medida dentro de un refrigerador criogénico comercial para enfriar el aparato, pero necesita poder cuantificar la vibración del refrigerador mecánico. Cuando Seck leyó sobre el vibrómetro de escaneo láser del laboratorio, pensó que podría usarse para cuantificar las vibraciones. Esto no sólo le daría una base para su propia investigación, sino que también podría ayudarle en la ingeniería de sistemas futuros para reducir aún más las vibraciones.
«Pero esto es mucho más pequeño de lo que están acostumbrados a medir», dijo Seck.
También es diferente en otros aspectos. Por un lado, el equipo, que también incluye a Trevor Michelson y JD Rice de ESED, disparará a la pequeña zona objetivo a través de un cristal. Y aunque a menudo los tres cabezales láser apuntan a un solo objetivo, para proporcionar un modelo 3D, en este caso cada cabezal apuntará a un punto de medición individual.
«Este va a ser un experimento interesante para nosotros porque está superando los límites absolutos de todo lo que se nos ocurre hacer», dijo Van Hoy. «Será una buena experiencia de aprendizaje saber cuáles son los límites».
Muchas de las mediciones extremadamente detalladas que puede realizar el sistema se intentaron alguna vez con acelerómetros, sensores costosos y frágiles del tamaño de un botón que se colocaron en múltiples ubicaciones para medir la frecuencia de vibración y la amortiguación.
Pero en este caso, eso nunca sería una opción, dijo Michelson, porque los acelerómetros serían demasiado grandes para usarlos en un espacio pequeño, y su peso adicional invalidaría el experimento al cambiar el comportamiento dinámico de la trampa de iones y la cámara de vacío asociada. .
Si no fuera por la disponibilidad del vibrómetro, que había sido calibrado recientemente, Seck habría tenido que pedir piezas y construir una línea de luz óptica para medir las vibraciones, invirtiendo tiempo y dinero. Pero Michelson y Rice pudieron configurar fácilmente el sistema de vibrómetro en su laboratorio del Edificio 5700.
Dado que el de Seck es un proyecto a largo plazo, Michelson y Rice dijeron que el vibrómetro se puede mover si es necesario para otro proyecto mientras tanto; se puede configurar nuevamente en el laboratorio de Seck en cuestión de horas. Seck dijo que espera que las mediciones, además de informar su investigación, conduzcan a un artículo en la revista Revisión de instrumentos científicos..
Y el equipo dijo que esperan que un mayor trabajo para el vibrómetro conduzca a un espacio de laboratorio dedicado que pueda adaptarse específicamente a la medición de cualquier tamaño, desde enorme hasta diminuto.
«Lo que me resulta fascinante es la versatilidad de este equipo», dijo Rice. “Lo primero que hicimos fue una placa grande a 12 pies de distancia, pero puedo tomar el portaminas, hacer clic y obtener una medida casi hasta la punta. Literalmente, todo, desde pequeños componentes hasta estructuras grandes, siempre que pueda obtener una buena línea de visión entre el láser y lo que necesita probar, puede obtener mediciones increíblemente detalladas.
«Apenas estamos todavía rascando la superficie de sus capacidades, y ya me está dejando boquiabierto».
UT-Battelle administra ORNL para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para mayor información por favor visite energía.gov/ciencia.
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