CIENCIA

Cómo medir ondas en el espacio-tiempo

Cuando la onda gravitacional atraviesa la Tierra, hace que el espacio mismo se estire en una dirección y se contraiga en la otra, por lo que los dos «brazos» del detector en realidad crecen y se contraen en cantidades pequeñas. Esto significa que cada haz de luz viaja una distancia una distancia ligeramente diferente, que aparece en el patrón de luz láser recombinada como un pico en la frecuencia llamado «chirrido cósmico»: esta es la señal de onda gravitacional.

Para medirlo, Virgo se apoya en equipos de última generación. Los espejos al final de cada túnel están hechos de cuarzo sintético tan puro que absorbe solo 1 de cada 3 millones de disparos que lo golpean. , dejándolo tan suave que prácticamente no hay dispersión de luz y está recubierto con una fina capa de material que es tan reflectante que menos del 0,0001 por ciento de la luz láser se pierde al contacto.

En uno de los brazos de 3 kilómetros de Virgo, que comprende el tubo de vacío principal de 1,2 metros de diámetro en el que viaja la luz láser.

Foto: EGO/Virgo

Cada espejo cuelga debajo de un superatenuador para protegerlo de las vibraciones sísmicas. Consisten en una cadena de filtros sísmicos que actúan como péndulos, encerrados en una cámara de vacío dentro de una torre de 10 metros. La configuración está diseñada para contrarrestar los movimientos de la Tierra, que pueden ser nueve órdenes de magnitud más fuertes que las ondas gravitacionales que Virgo está tratando de detectar. Los superatenuadores son tan efectivos que, al menos en la dirección horizontal, los espejos se comportan como si estuvieran flotando en el espacio.

Una innovación más reciente es el sistema de «expresión» de Virgo, que combate los efectos del principio de incertidumbre de Heisenberg, una característica extraña del mundo subatómico que dice que ciertos pares de propiedades de una partícula cuántica no se pueden medir exactamente al mismo tiempo. Por ejemplo, no puedes medir tanto la posición como el momento de un fotón con absoluta precisión. Cuanto más precisamente conozca su posición, menos sabrá acerca de su momento, y viceversa.

Dentro de Virgo, el principio de incertidumbre se manifiesta como un ruido cuántico que oscurece la señal de la onda gravitatoria, pero al inyectar un estado especial de luz en un tubo que corre paralelo a los tubos de vacío principales y luego se superpone al campo láser principal en el divisor de haz, los investigadores puede «exprimir» o reducir la incertidumbre en las propiedades de la luz láser, reduciendo el ruido cuántico y mejorando la sensibilidad de Virgo a las señales de ondas gravitacionales.

Desde 2015, Virgo y su contraparte estadounidense LIGO han registrado casi 100 eventos de ondas gravitacionales en el transcurso de tres observaciones. Con mejoras en ambas instalaciones y KAGRA uniéndose a la fiesta, la próxima observación, que comienza el 23 de marzo de 2020, es mucho más Los investigadores esperan obtener una comprensión más profunda de los agujeros negros y las estrellas de neutrones, y el gran volumen de eventos esperados ofrece la tentadora perspectiva de construyendo una imagen de la evolución del universo a través de ondas gravitacionales.»Esto es solo el comienzo de una nueva forma de entender el universo. Muchas cosas van a pasar en los próximos años», dice Losurdo.

Este artículo se publicó originalmente en la edición de enero/febrero de 2023 de la revista WIRED UK.

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