La primera detección directa de ondas gravitacionales, un fenómeno predicho por la teoría general de la relatividad de Einstein de 1915, fue informado por científicos en 2016.

Armados con este "descubrimiento del siglo", Los físicos de todo el mundo han estado planeando nuevos y mejores detectores de ondas gravitacionales.

El profesor físico Chunnong Zhao y sus recientes estudiantes de doctorado Haixing Miao y Yiqiu Ma son miembros de un equipo internacional que ha creado un nuevo diseño particularmente emocionante para detectores de ondas gravitacionales.

El nuevo diseño es un gran avance porque puede medir señales por debajo de un límite que antes se creía que era una barrera infranqueable. Los físicos llaman a este límite el límite cuántico estándar. Está establecido por el principio de incertidumbre cuántica.

El nuevo diseño, publicado en Naturaleza revista esta semana, muestra que esto puede que ya no sea una barrera.

El uso de este y otros enfoques nuevos puede permitir a los científicos monitorear las colisiones de agujeros negros y los "terremotos espaciales" en todo el universo visible.

Cómo funcionan los detectores de ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales no son vibraciones que viajan a través del espacio, sino más bien vibraciones del propio espacio. Ya nos han hablado de una población inesperadamente grande de agujeros negros. Esperamos que un mayor estudio de las ondas gravitacionales nos ayude a comprender mejor nuestro universo.

Pero es probable que las tecnologías de los detectores de ondas gravitacionales tengan una enorme importancia más allá de este aspecto de la ciencia. porque en sí mismos nos están enseñando a medir cantidades increíblemente diminutas de energía.

Los detectores de ondas gravitacionales utilizan luz láser para captar pequeñas vibraciones del espacio creadas cuando chocan los agujeros negros. Las colisiones crean vastas explosiones gravitacionales. Son las mayores explosiones conocidas en el universo, convirtiendo la masa directamente en vibraciones de espacio puro.

Se necesita una gran cantidad de energía para hacer que el espacio se doble y ondule. Nuestros detectores, dispositivos exquisitamente perfectos que utilizan espejos grandes y pesados ​​con láseres terriblemente poderosos, deben medir el espacio que se extiende por una mera milmillonésima parte de una mil millonésima parte de un metro en la escala de cuatro kilómetros de nuestros detectores. Estas medidas ya representan la menor cantidad de energía jamás medida.

Pero para los astrónomos de ondas gravitacionales esto no es lo suficientemente bueno. Necesitan aún más sensibilidad para poder escuchar muchos más "sonidos" gravitacionales predichos, incluido el sonido del momento en que se creó el universo en el Big Bang.

Aquí es donde entra el nuevo diseño.

Una idea espeluznante de Einstein

El concepto novedoso se basa en el trabajo original de Albert Einstein.

En 1935, Albert Einstein y sus colaboradores Boris Podolsky y Nathan Rosen intentaron deponer la teoría de la mecánica cuántica al demostrar que predijo correlaciones absurdas entre partículas muy espaciadas.

Einstein demostró que si la teoría cuántica era correcta, entonces, pares de objetos muy espaciados podrían enredarse como dos moscas enredadas en una telaraña. Extrañamente el enredo no disminuyó, sin importar lo lejos que permitiste que los objetos se movieran.

Einstein llamó al entrelazamiento "acción espeluznante a distancia". Estaba seguro de que su descubrimiento acabaría con la teoría de la mecánica cuántica de una vez por todas, pero esto no fue así.

Desde la década de 1980, los físicos han demostrado una y otra vez que el entrelazamiento cuántico es real. Por mucho que lo odiara, La predicción de Einstein fue correcta y, para su disgusto, la teoría cuántica era correcta. Las cosas a distancia podrían enredarse.

Hoy los físicos se han acostumbrado al "miedo", y la teoría del entrelazamiento se ha aprovechado para el envío de códigos secretos que no pueden ser interceptados.

Alrededor del mundo, organizaciones como Google e IBM y laboratorios académicos están tratando de crear computadoras cuánticas que dependan del entrelazamiento.

Y ahora Zhao y sus colegas quieren utilizar el concepto de entrelazamiento para crear el nuevo diseño del detector de ondas gravitacionales.

Una nueva forma de medir ondas gravitacionales

El aspecto interesante del nuevo diseño del detector es que en realidad es solo una nueva forma de operar los detectores existentes. Simplemente usa el detector dos veces.

Una vez, los fotones en el detector son alterados por la onda gravitacional para captar las ondas. La segunda vez, el detector se utiliza para cambiar el entrelazamiento cuántico de tal manera que no se detecte el ruido debido a la incertidumbre cuántica.

Lo único que se detecta es el movimiento de los espejos distantes provocado por la onda gravitacional. El ruido cuántico del principio de incertidumbre no aparece en la medición.

Para que funcione tienes que empezar con fotones entrelazados que son creados por un dispositivo llamado exprimidor cuántico. Esta tecnología fue pionera en la astronomía de ondas gravitacionales en la Universidad Nacional de Australia, y ahora es una técnica establecida.

Como muchas de las mejores ideas, la nueva idea es muy simple, pero uno que requirió una enorme perspicacia para reconocerlo. Inyectas una cantidad minúscula de luz exprimida de un exprimidor cuántico, ¡y úsala dos veces!

Físicos de todo el mundo se están preparando para probar la nueva teoría y encontrar la mejor manera de implementarla en sus detectores. Uno de ellos es el detector de ondas gravitacionales GEO en Hannover en Alemania, que ha sido un banco de pruebas para muchas de las nuevas tecnologías que permitieron el descubrimiento trascendental del año pasado de ondas gravitacionales.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.