Un grupo de físicos teóricos, incluidos dos físicos de la Universidad de Groningen, han propuesto un dispositivo de 'mesa' que podría medir ondas de gravedad. Sin embargo, su objetivo real es responder a una de las preguntas más importantes de la física: ¿es la gravedad¿Un fenómeno cuántico? El elemento clave del dispositivo es la superposición cuántica de objetos grandes. Su diseño se publicó en Nueva revista de física el 6 de agosto
Ya en la etapa de preimpresión, el artículo escrito por Ryan J. Marshman, Peter F. Barker y Sougato Bose University College London, Reino Unido, Gavin W. Morley Universidad de Warwick, Reino Unido y Anupam Mazumdar y StevenHoekstra Universidad de Groningen, Países Bajos fue aclamado como un nuevo método para medir las ondas de gravedad. En lugar de los detectores LIGO y VIRGO del tamaño de kilómetros actuales, los físicos que trabajan en el Reino Unido y los Países Bajos propusieron un detector de sobremesa.El dispositivo sería sensible a frecuencias más bajas que los detectores de corriente y sería fácil apuntarlos a partes específicas del cielo; por el contrario, los detectores de corriente solo ven una parte fija.
diamante
La parte clave del dispositivo es un diamante diminuto, de solo unos pocos nanómetros de tamaño. "En este diamante, uno de los carbonos es reemplazado por un átomo de nitrógeno", explica el profesor asistente Anupam Mazumdar. Este átomo introduce un espacio libre enla banda de valencia, que puede llenarse con un electrón extra. La teoría cuántica dice que cuando el electrón se irradia con luz láser, puede absorber o no la energía del fotón. La absorción de la energía alteraría el giro del electrón, un momento magnético quepuede ser hacia arriba o hacia abajo.
'Al igual que el gato de Schrödinger, que está vivo y muerto al mismo tiempo, este espín electrónico absorbe y no absorbe la energía del fotón, por lo que su espín es tanto hacia arriba como hacia abajo.' Este fenómeno se llama superposición cuántica.el electrón es parte del diamante, el objeto completo, con una masa de aproximadamente 10- 17 kilogramos, que es enorme para los fenómenos cuánticos, está en superposición cuántica.
'Tenemos un diamante que tiene un giro hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo', explica Mazumdar. Al aplicar un campo magnético, es posible separar los dos estados cuánticos. Cuando estos estados cuánticos se unen nuevamente al apagarcampo magnético, crearán un patrón de interferencia. "La naturaleza de esta interferencia depende de la distancia que hayan viajado los dos estados cuánticos separados. Y esto se puede usar para medir ondas de gravedad."el paso afecta la distancia entre los dos estados separados y por lo tanto el patrón de interferencia.
enlace perdido
El artículo muestra que esta configuración podría detectar ondas de gravedad. Pero eso no es lo que realmente interesa a Mazumdar y sus colegas. 'Un sistema en el que podemos obtener la superposición cuántica de un objeto mesoscópico como el diamante, ydurante un período de tiempo razonable, sería un gran avance ", dice Mazumdar." Permitiría tomar todo tipo de medidas, y una de ellas podría usarse para determinar si la gravedad en sí misma es un fenómeno cuántico ".ha sido el 'eslabón perdido' en la física durante casi un siglo.
En un artículo publicado en 2017 1, Mazumdar y su colaborador de mucho tiempo Sougato Bose, junto con varios colegas, sugirieron que el entrelazamiento entre dos objetos mesoscópicos podría usarse para descubrir si la gravedad en sí misma es un fenómeno cuántico.: el entrelazamiento es un fenómeno cuántico, por lo que cuando dos objetos que interactúan solo a través de la gravedad muestran entrelazamiento, esto prueba que la gravedad es un fenómeno cuántico.
Tecnología
'En nuestro último artículo, describimos cómo crear superposición cuántica mesoscópica. Con dos de estos sistemas, pudimos mostrar entrelazamiento.' Sin embargo, como notaron durante su trabajo, el sistema único sería sensible a las ondas gravitacionales yesto se convirtió en el foco de la Nueva revista de física papel.
'La tecnología para construir estos sistemas podría tardar algunas décadas en desarrollarse', reconoce Mazumdar. Un vacío de 10- 15 Se requiere Pascal, mientras que la temperatura de funcionamiento debe ser lo más baja posible, cercana al cero absoluto -273 ° C. 'La tecnología para lograr alto vacío o baja temperatura está disponible, pero necesitamos la tecnología para lograr ambos en elmismo tiempo. 'Además, el campo magnético debe ser constante.' Cualquier fluctuación colapsaría la superposición cuántica. '
caída libre
La recompensa por crear este tipo de sistema sería excelente. 'Podría usarse para todo tipo de mediciones en campos como la física de energía ultrabaja o la computación cuántica, por ejemplo.' Y, por supuesto, podría usarsepara determinar si la gravedad es un fenómeno cuántico. Mazumdar, Bose y sus colegas acaban de subir otro preprint 2 en el que describen cómo se podría realizar este experimento. '' Para asegurar que la única interacción entre los dos objetos entrelazados sea la gravedad entre ellos, el experimento debe realizarse en caída libre ", explica Mazumdar. Con visible entusiasmo, describe un pozo de caída de un kilómetro de largo en una mina profunda, para reducir la interferencia. Dos sistemas cuánticos mesoscópicos entrelazados deben dejarse caer repetidamente para obtener una medición confiable. 'Creo que esto se puede hacer durante mi vida. Y el resultado finalmente resolvería una de las preguntas más importantes de la física'.
Notas:
1 Spin Sougato Bose et al: Testigo de entrelazamiento de la gravedad cuántica. Phys Rev Letters 2017, DOI 10.1103 / PhysRevLett.119.240401
2 M. Toroš, TW van de Kamp, RJ Marshman, MS Kim, A. Mazumdar, S. Bose: Mitigación del ruido de aceleración relativa para masas enredadas a través de la gravedad cuántica. ArXiv 29 de julio de 2020. http://arxiv.org/abs/2007.15029
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Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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