NeoFronteras

Cómo detectar ondas gravitacionales de forma sencilla

Área: Física — sábado, 29 de noviembre de 2014

Proponen un nuevo sistema de detección de ondas gravitatorias más barato y sencillo, pero que sólo ve las altas frecuencias.

Foto

Las ondas gravitacionales o gravitatorias son ondas que distorsionan el propio espacio y que se propagan a la velocidad de la luz. Así es, al menos, como son predichas por la Relatividad General, pero hasta ahora se han resistido a ser detectadas directamente.
Serían producidas por todo evento en el que se acelere una masa, pero son tan débiles que sólo los eventos colosales que se dan en el Cosmos, como la explosión de supernovas, la colisión de estrellas de neutrones o el propio Big Bang, las producirían con la suficiente intensidad como para ser detectadas.
Este año se anunció la detección indirecta de ondas gravitacionales por parte del BICEP-2, pero este resultado está ahora en entredicho. En ese caso la longitud de onda de estas ondas sería una buena fracción del radio del universo visible.
Este asunto de la longitud de onda es siempre importante cuando se diseña un método observacional para cualquier tipo de onda, pues el detector no puede ser menor que la longitud de onda a estudiar ni el objeto a iluminar menor que esa longitud ondas. Así por ejemplo, las ondas de la radiación electromagnética en el espectro visible no se pueden emplear para ver virus con un microscopio óptico porque los virus suelen ser más pequeños que la longitud de onda del visible.
Recordemos además que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales. A mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa.
En el caso de las ondas gravitacionales pasa algo similar. Hasta ahora se han tratado de detectar con sistemas como LIGO que es un interferómetro con forma de L de varios km de longitud. Con ello se trata de captar ondas gravitatorias de longitud de onda grandes (unos pocos kilohercios en frecuencia) y que el haz láser tenga un recorrido que permita acumular (el haz viaja varias veces entre unos espejos) el efecto de paso de una frente de estas ondas gravitacionales.
Pero hay un grave problema, la señal siempre es muy débil y el ruido es muy grande. Incluso las fluctuaciones térmicas de las masas y espejos al final de los brazos de LIGO producen un ruido térmico demasiado fuerte.
Para solventar este problema, Maxim Goryachev y Michael Tobar (University of Western Australia) proponen un sistema mucho más barato y sencillo que LIGO para tratar de detectar estas ondas con un experimento de sobremesa.
En este caso el experimento consiste en un disco de cuarzo de 2,5 cm de diámetro y 2 mm de grosor pegado a otra pieza de cuarzo. Una onda gravitacional que cruce el sistema hará que el disco vibre.
La superficie superior del disco estaría ligeramente curvada para atrapar los fonones (cuantos de vibración en la red cristalina). Además el cuarzo, al ser piezoeléctrico, convertiría esos fonones en una ligera señal eléctrica que sería detectada por un sistema superconductor de tipo SQUID.
Como todo el sistema está a una temperatura de sólo 0,01 grados por encima del cero absoluto se consigue eliminar el ruido térmico.
Según los cálculos, este sistema sería más sensible que el LIGO avanzado que se pretende construir en 2018 para detectar ondas gravitaciones de entre 0.1 y 1 kHz, ondas que serían producidas por agujeros negros o estrellas de neutrones en colisión.
Lo malo es que el nuevo sistema propuesto, debido a su escaso tamaño, sólo sería capaz de registrar frecuencias de entre 1 y 1000 MHz, ondas que, supuestamente, se generarían por hipotéticos procesos en la formación de axiones y preones (subcomponentes de quarks y leptones) en estrellas y agujeros negros. En todo caso, el sistema acotaría los límites a la producción de ondas gravitacionales en el Big Bang, delimitando la validez de los distintos modelos.
Es decir, las posibilidades de detección de ondas gravitacionales son escasas con este nuevo sistema, pero hay que hacerlo porque no hay quejar un agujero sin cubrir, sobre todo si es barato hacerlo.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4555

Fuentes y referencias:
Artículo original

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
Compartir »

5 Comentarios

  1. lluís:

    Sorpresa el asunto de los hipotéticos preones. Tenía entendido que los quarks eran partículas fundamentales, y ahora resulta que podrían estar constituídos (o ser subcomponentes de quarks, e incluso de los electrones).Esta visto que siempre se aprende algo nuevo ( aunque sea en hipótesis).
    – Curiosamente de este experimento se podría decir que es “bueno, bonito y barato”.Cosa rara en los grandes( no de sobremesa) experimentos en Física, aunque lo de “bueno”, a la vista de lo que se dice en el artículo, pues quizá no lo sea tanto. En fin, ya se verá ( o no).

  2. tomás:

    Querido Neo:
    En relación con el cuarto párrafo:
    1º El detector ha de ser mayor que la longitud de onda: comprendido.
    2º El detector ha de ser mayor que el objeto a iluminar ¿?
    3º Por el ejemplo, la longitud de onda ha de ser menor que el objeto a iluminar: comprendido.
    Pero no me cuadran 2º y 3º.
    Te agradecería una iluminación.

  3. petrus:

    Dos incisos: El primero, preguntar ¿ de qué están hechos los preones ? porque la serie de preguntas de este tipo amenaza tender a infinito hasta que no explique alguien en qué consiste una partícula fundamentalmente fundamental, irrompible e infraccionable.
    El segundo, y perdonad mi ignorancia al respecto, se me ocurre que un corchito sobre las olas mide muy bien la frecuencia y es mucho más pequeño que la longitud de onda… Y cuando pesco ( es un decir) lo compruebo…¿ Es algo parecido al disco de cuarzo citado ?

  4. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Se ha reescrito esa parte para que se entienda mejor.

  5. NeoFronteras:

    Estimado Petrus:
    El corcho no es una buena analogía, pues flota sobre la superficie. No hay manera material que “flote” por “encima” de las ondas de espacio-tiempo que constituyen las ondas gravitatorias. De existir, además, habría que verlo desde el bulk pentadimensional, pero no podemos salir de nuestro espacio cuatridimensional.

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.