Detectan Ondas Gravitacionales Más Allá del Límite Cuántico
Científicos del observatorio LIGO consiguieron rebasar el “límite cuántico”; te explicamos cómo este logro permitirá espiar el origen del universo
Elisa de Gortari | N+
LIGO detecta ondas gravitacionales más allá del límite cuántico. Foto: NASA | Archivo
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Tras una larga espera, ha reabierto el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO, por sus siglas en inglés). Este observatorio es único en su clase, pues está abocado a detectar ondas gravitacionales. Recientemente, investigadores anunciaron un nuevo logro: gracias a una nueva técnica han conseguido detectar ondas más allá del límite cuántico, que se consideraba imposible de sobrepasar.
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¿Qué son las ondas gravitacionales?
Según la teoría general de la relatividad, los cuerpos deforman el espacio y lo curvan. Cuando objetos demasiado grandes chocan se producen perturbaciones en el espacio, semejantes a las olas que dibuja una piedra al caer en el agua.
Estas olas que dibujan los eventos masivos en el cosmos fueron bautizadas como ondas gravitacionales y fueron predichas por Albert Einstein hace más de cien años.
Ahora sabemos que estas ondas se producen, por ejemplo, con el choque de agujeros negros. Cuando estos colisionan, el espacio se deforma y las ondulaciones viajan de un extremo a otro del universo.
¿Qué hace el observatorio LIGO?
En la segunda mitad del siglo XX, el científico que tomó la batuta en la investigación de las ondas gravitatorias fue Kip Thorne, célebre por ser el asesor científicos de la película Interstellar. El fue parte de los científicos que idearon el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser.
Este observatorio se compone de dos sedes ubicadas en extremos opuestos de los Estados Unidos. Mientras que una se ubica en Hanford, Washington, la otra está en Livingston, Louisiana. Cada una de estas sedes se compone de dos edificios oblongos que forman una letra L. Dentro hay dos tubos de cuatro kilómetros de largo; al interior de los tubos al vacío se lanzan dos rayos láser que se intersectan.
Para detectar ondas gravitatorias, los científicos miden las posibles perturbaciones en la intersección de estos rayos láser. Si una onda gravitatoria pasa, los rayos dejarán de interferirse mutuamente, pues el espacio a su alrededor se habrá deformado.
Para que estas mediciones sean útiles, los científicos emplean instrumentos en extremo precisos. Las perturbaciones en el espacio que miden son aproximadamente del grosor de un núcleo de átomo. Un átomo mide una diezmillonésima de metro y su núcleo puede ser varias miles de veces más pequeño.
LIGO tiene dos sedes con el fin de no caer en falsas mediciones. Si ambos laboratorios reportan la misma perturbación al mismo tiempo, en ese caso se puede presumir que se ha detectado una onda gravitacional.
La primera onda gravitacional se detectó en 2015. Este hallazgo demostró una vez más la validez de la teoría general de la relatividad de Einstein y, además, valió el Premio Nobel de Física en 2017 para Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne.
LIGO detecta ondas gravitacionales más allá del límite cuántico
LIGO ha cerrado en algunas ocasiones para renovar su equipo y mejorar su sensibilidad. La última vez que suspendió sus operaciones fue en 2021 y volvió a trabajar en 2023.
Con las últimas mejoras en sus instrumentos, los científicos se propusieron rebasar el llamado “límite cuántico”. Se llama así porque, en el ámbito cuántico, la luz y la materia se pueden comportar de forma impredecible. Esta variabilidad en las mediciones se llama "ruido cuántico".
Si el espacio fuese una fotografía digital, el ruido cuántico sería el límite después del cual ya no se puede expandir la imagen sin perder definición. ¿Cómo medir la distancia entre los objetos en una fotografía borrosa?
Por muchos años se consideró que superar este límite era imposible. Al respecto, los científicos del LIGO escribieron:
El ruido cuántico impone una limitación fundamental a la sensibilidad de los detectores interferométricos de ondas gravitacionales como LIGO, que se manifiesta como ruido de disparo y ruido de presión de radiación cuántica
Según se lee en un artículo publicado en Physical Review X, los científicos del LIGO encontraron una técnica que les permite superar este límite. Ahora los rayos láser de LIGO “comprimen” la luz, para mejorar su sensibilidad.
Estas mejoras impactan directamente la producción científica de LIGO para fuentes de alta frecuencia (por ejemplo, la física posterior a la fusión de estrellas de neutrones binarias). Esta comprensión permitió mejorar la calidad de las detecciones en un 65%:
Estas mejoras impactan directamente la producción científica de LIGO para fuentes de alta frecuencia (por ejemplo, la física posterior a la fusión de estrellas de neutrones binarias)
La esperanza de los investigadores ya no es solo que LIGO pueda detectar la colisión de agujeros negros, sino que incluso pueda eventualmente asomarse en la ondas gravitacionales que generó el Big Bang.
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