Predicho por la teoría general de la relatividad de Einstein, las ondas gravitacionales son ondas en el espacio-tiempo generadas por ciertos movimientos de objetos masivos. Son importantes para estudiar porque nos permiten detectar eventos en el universo que de otro modo dejarían poca o ninguna luz observable, como colisiones de agujeros negros.
En 2015, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO y las colaboraciones de Virgo realizaron la primera observación directa de ondas gravitacionales. Las ondas se emitieron desde una colisión de 1.300 millones de años entre dos agujeros negros supermasivos y se detectaron utilizandoInterferómetros ópticos de 4 km de largo ya que el evento causó ondas en el espacio-tiempo de la Tierra.
Investigadores de la UCL, la Universidad de Groninga y la Universidad de Warwick proponen un detector basado en tecnología cuántica que es 4000 veces más pequeño que los detectores actualmente en uso y podría detectar ondas gravitacionales de frecuencia media.
El estudio, publicado hoy en Nueva revista de física , detalla cómo las tecnologías cuánticas y las técnicas experimentales de última generación se pueden utilizar para construir un detector capaz de medir y comparar la fuerza de la gravedad en dos ubicaciones al mismo tiempo.
Funcionaría usando cristales de diamante a escala nanométrica que pesen? 10? ^ - 17 kg. Los cristales se colocarían en una superposición espacial cuántica usando interferometría Stern-Gerlach. La superposición espacial es un estado cuántico donde los cristales existen endos lugares diferentes al mismo tiempo
La mecánica cuántica permite que un objeto, por grande que sea, se deslocalice espacialmente en dos lugares diferentes a la vez. A pesar de ser contra-intuitivo y estar en conflicto directo con nuestra experiencia cotidiana, el principio de superposición de la mecánica cuántica se ha verificado experimentalmente usando neutrones,electrones, iones y moléculas.
El autor correspondiente Ryan Marshman UCL Physics & Astronomy y UCLQ, dijo: "Los sensores gravitacionales cuánticos ya existen utilizando el principio de superposición. Estos sensores se utilizan para medir la gravedad newtoniana y crear dispositivos de medición increíblemente precisos. Las masas cuánticas utilizadas por la corrienteLos sensores gravitacionales cuánticos son mucho más pequeños, como los átomos, pero el trabajo experimental está progresando en las nuevas técnicas de interferometría necesarias para que nuestro dispositivo funcione para estudiar las ondas gravitacionales.
"Descubrimos que nuestro detector podría explorar un rango diferente de frecuencias de ondas gravitacionales en comparación con LIGO. Estas frecuencias podrían estar disponibles solo si los científicos construyen detectores grandes en el espacio con líneas de base que tengan un tamaño de cientos de miles de kilómetros".
El equipo visualiza que su detector más pequeño propuesto podría usarse para construir una red de detectores que serían capaces de detectar señales de ondas gravitacionales del ruido de fondo. Esta red también sería potencialmente útil al proporcionar información precisa sobre la ubicación de los objetos queestán creando las ondas gravitacionales.
Coautor, Profesor Sougato Bose UCL Física y Astronomía y UCLQ, dijo: "Si bien el sensor que hemos propuesto es ambicioso en su alcance, no parece haber ningún obstáculo fundamental o insuperable para su creación utilizando corriente ytecnologías cercanas al futuro.
"Todos los elementos técnicos para hacer este detector se han realizado individualmente en diferentes experimentos en todo el mundo: las fuerzas requeridas, la calidad del vacío requerido, el método para colocar los cristales en superposición. La dificultad será poner todojuntos y asegurándose de que la superposición permanezca intacta ".
El siguiente paso es que el equipo colabore con los experimentadores para comenzar a construir prototipos del dispositivo. Es importante destacar que la misma clase de detectores también puede contribuir a detectar si la gravedad es una fuerza cuántica, como se muestra en un trabajo reciente en UCL y en otros lugares.
Ryan Marshman dijo: "De hecho, nuestra ambición inicial era desarrollar el dispositivo para explorar la gravedad no clásica. Pero, dado que sería un esfuerzo considerable realizar ese dispositivo, pensamos que era realmente importante examinar la eficacia de dicho dispositivotambién para medir la gravedad clásica muy débil, como las ondas gravitacionales, ¡y descubrí que es prometedor! "
El trabajo fue financiado por la Organización de los Países Bajos para la Investigación Científica, la Royal Society y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por University College London . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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