La búsqueda continúa para detectar la primera evidencia de ondas gravitacionales que viajan alrededor del cosmos. Si una onda gravitacional atraviesa el volumen del espacio-tiempo que rodea la Tierra, En teoria El rayo láser detectará un pequeño cambio a medida que la onda que pasa altera ligeramente la distancia entre los espejos. Vale la pena señalar que este ligero cambio será pequeño; tan pequeño, de hecho, que LIGO ha sido diseñado para detectar una fluctuación de distancia de menos de una milésima parte del ancho de un protón. Esto es impresionante, pero podría ser mejor. Ahora los científicos piensan que han encontrado una manera de aumentar la sensibilidad de LIGO; use las extrañas propiedades cuánticas del fotón para "exprimir" el rayo láser para que se pueda lograr un aumento de la sensibilidad ...
LIGO fue diseñado por colaboradores del MIT y Caltech para buscar evidencia observacional de ondas gravitacionales teóricas. Se cree que las ondas gravitacionales se propagan por todo el universo a medida que los objetos masivos perturban el espacio-tiempo. Por ejemplo, si dos agujeros negros colisionaron y se fusionaron (o colisionaron y explotaron el uno del otro), la teoría de la relatividad general de Einstein predice que se enviará una onda a todo el tejido del espacio-tiempo. Para demostrar que existen ondas gravitacionales, se necesitaba construir un tipo de observatorio totalmente diferente, no para observar las emisiones electromagnéticas de la fuente, sino para detectar el paso de estas perturbaciones que viajan a través de nuestro planeta. LIGO es un intento de medir estas ondas, y con un costo de configuración gigantesco de $ 365 millones, existe una gran presión para que la instalación descubra la primera onda gravitacional y su fuente (para obtener más información sobre LIGO, consulte "Escuchando" las ondas gravitacionales para localizar agujeros negros) Por desgracia, después de varios años de ciencia, no se ha encontrado ninguno. ¿Es esto porque no hay ondas gravitacionales por ahí? ¿O LIGO simplemente no es lo suficientemente sensible?
Los científicos de LIGO responden rápidamente a la primera pregunta: se necesita más tiempo para recopilar un período de datos más largo (debe haber más "tiempo de exposición" antes de que se detecten las ondas gravitacionales). También hay fuertes razones teóricas por las cuales las ondas gravitacionales deberían existir. La segunda pregunta es algo que los científicos de EE. UU. Y Australia esperan mejorar; quizás LIGO necesita un aumento en la sensibilidad.
Para hacer que los detectores de ondas gravitacionales sean más sensibles, Nergis Mavalvala, líder de esta nueva investigación y físico del MIT, se ha centrado en lo muy pequeño para ayudar a detectar lo muy grande. Para comprender lo que los investigadores esperan lograr, se necesita un breve curso intensivo de "confusión" cuántica.
Los detectores como LIGO dependen de la tecnología láser de alta precisión para medir perturbaciones en el espacio-tiempo. A medida que las ondas gravitacionales viajan a través del Universo, causan pequeños cambios en la distancia entre dos posiciones en el espacio (el espacio está siendo efectivamente "deformado" por estas ondas). Aunque LIGO tiene la capacidad de detectar una perturbación de menos de una milésima parte del ancho de un protón, sería genial si se adquiriera aún más sensibilidad. Aunque los láseres son intrínsecamente precisos y muy sensibles, los fotones láser aún se rigen por la dinámica cuántica. A medida que los fotones láser interactúan con el interferómetro, hay un grado de borrosidad cuántica, lo que significa que el fotón no es un punto agudo, sino que está ligeramente borroso por el ruido cuántico. En un esfuerzo por reducir este ruido, Mavalvala y su equipo han podido "exprimir" los fotones láser.
Los fotones láser poseen dos cantidades: fase y amplitud. La fase describe la posición de los fotones en el tiempo y la amplitud describe el número de fotones en el rayo láser. En este mundo cuántico, si la amplitud del láser se reduce (eliminando parte del ruido); Las incertidumbres cuánticas en la fase láser aumentarán (agregando algo de ruido). Es esta compensación en la que se basa esta nueva técnica de compresión. Lo importante es la precisión en la medición de la amplitud, no la fase, cuando se intenta detectar una onda gravitacional con láser.
Se espera que esta nueva técnica se pueda aplicar a la instalación multimillonaria de LIGO, posiblemente aumentando la sensibilidad de LIGO en un 44%.
“La importancia de este trabajo es que nos obligó a enfrentar y resolver algunos de los desafíos prácticos de la inyección de estado comprimido, y hay muchos. Ahora estamos mucho mejor posicionados para implementar la compresión en los detectores a escala kilométrica y capturar esa evasiva onda gravitacional. " - Nergis Mavalvala.
Fuente: Physorg.com
