Un grupo de científicos del Instituto Niels Bohr NBI de la Universidad de Copenhague pronto comenzará a desarrollar una nueva línea de equipos técnicos para mejorar drásticamente los detectores de ondas gravitacionales.
Los detectores de ondas gravitacionales son extremadamente sensibles y pueden, por ejemplo, registrar estrellas de neutrones en colisión en el espacio. Sin embargo, se busca una sensibilidad aún mayor para expandir nuestro conocimiento sobre el Universo, y los científicos del NBI están convencidos de que su equipo puede mejorar los detectores,dice el profesor Eugene Polzik: "Y deberíamos ser capaces de mostrar una prueba de concepto dentro de aproximadamente tres años".
Si los científicos del NBI pueden mejorar los detectores de ondas gravitacionales tanto como "realmente esperan que se pueda hacer", los detectores podrán monitorear y realizar mediciones en un volumen de espacio ocho veces mayor de lo que es actualmenteposible, explica Eugene Polzik: "Esto representará una extensión verdaderamente significativa".
Polzik es jefe de Óptica Cuántica Quantop en NBI y encabezará el desarrollo del equipo a medida para detectores de ondas gravitacionales. La investigación, que cuenta con el apoyo de la UE, los Proyectos de la Red Eureka y John, con sede en EE. UU.La Fundación Templeton con subvenciones por un total de 10 millones DKK, se llevará a cabo en el laboratorio de Eugene Polzik en NBI.
Una colisión bien notada
Los medios de comunicación de todo el mundo pasaron a toda marcha en octubre de 2017 cuando se confirmó que un gran equipo internacional de científicos había medido la colisión de dos estrellas de neutrones; un evento que tuvo lugar a 140 millones de años luz de la Tierra y resultó enla formación de una kilonova.
El equipo internacional de científicos, que también incluía expertos del NBI, pudo confirmar la colisión midiendo las ondas gravitacionales desde el espacio: ondas en el tejido del espacio-tiempo mismo, moviéndose a la velocidad de la luz. Las ondas se registraronpor tres detectores de ondas gravitacionales: los dos detectores LIGO con sede en EE. UU. y el detector europeo Virgo en Italia.
"Estos detectores de ondas gravitacionales representan, con mucho, el equipo de medición más sensible que el hombre ha fabricado hasta ahora, pero los detectores no son tan precisos como podrían ser. Y esto es lo que pretendemos mejorar", dice el profesor Eugene Polzik.
Cómo se puede hacer esto se describe en un artículo que Eugene Polzik y un colega, Farid Khalili de la colaboración LIGO y la Universidad Estatal de Moscú, han publicado recientemente en la revista científica Cartas de revisión física . Y esto no es meramente una propuesta teórica, dice Eugene Polzik :
"Estamos convencidos de que esto funcionará según lo previsto. Nuestros cálculos muestran que deberíamos ser capaces de mejorar la precisión de las mediciones realizadas por los detectores de ondas gravitacionales en un factor de dos. Y si tenemos éxito, esto resultará en unaumentar en un factor de ocho del volumen en el espacio que los detectores de ondas gravitacionales pueden examinar en la actualidad "
una pequeña celda de vidrio
En julio del año pasado, Eugene Polzik y su equipo de Quantop publicaron un artículo muy conocido en Naturaleza - y este trabajo es en realidad la base de su próximo intento de mejorar los detectores de ondas gravitacionales.
El artículo en Naturaleza centrado en 'engañar' al Principio de incertidumbre de Heisenberg, que básicamente dice que no se puede saber simultáneamente la posición exacta y la velocidad exacta de un objeto.
Esto tiene que ver con el hecho de que las observaciones realizadas al iluminar un objeto inevitablemente conducirán a que el objeto sea 'pateado' en direcciones aleatorias por fotones, partículas de luz. Este fenómeno se conoce como Quantum Back Action QBA yestos movimientos aleatorios ponen un límite a la precisión con la que se pueden realizar mediciones a nivel cuántico.
El artículo en Naturaleza en el verano de 2017 fue noticia porque Eugene Polzik y su equipo pudieron demostrar que es, en gran medida, realmente posible neutralizar el QBA.
Y QBA es la razón por la cual los detectores de ondas gravitacionales, que también funcionan con luz, es decir, con luz láser, "no son tan precisos como podrían ser", dice el profesor Polzik.
En pocas palabras, es posible neutralizar QBA si la luz utilizada para observar un objeto se envía inicialmente a través de un 'filtro'. Esto fue lo que describió el artículo en Nature, y el 'filtro' que los científicos del NBI en Quantopdesarrollado y descrito consistía en una nube de 100 millones de átomos de cesio encerrados en una celda de vidrio herméticamente cerrada de solo un centímetro de largo, 1/3 de milímetro de alto y 1/3 de milímetro de ancho.
El principio detrás de este 'filtro' es exactamente lo que Polzik y su equipo pretenden incorporar en los detectores de ondas gravitacionales.
En teoría, uno puede optimizar las mediciones de las ondas gravitacionales cambiando a una luz láser más potente que la que utilizan los detectores en Europa y EE. UU. Sin embargo, según la mecánica cuántica, esa no es una opción, dice Eugene Polzik :
"Cambiar a una luz láser más fuerte solo hará que un conjunto de espejos en los detectores se agite más porque Quantum Back Action será causada por más fotones. Estos espejos son absolutamente cruciales, y si comienzan a temblar, de hecho aumentará la imprecisión."
En cambio, los científicos del NBI han ideado un plan basado en el 'filtro' atómico que demostraron en el artículo de Nature: enviarán la luz láser por la cual los detectores de ondas gravitacionales operan a través de una versión a medida de la célulacon los átomos encerrados, dice Eugene Polzik: "Y esperamos que haga el trabajo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias - Universidad de Copenhague . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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