Comprimiendo la luz para detectar mejor ondas gravitacionales

Brazo de LIGO en Hanford (EE.UU.)

Brazo de LIGO en Hanford (EE.UU.)

La detección de ondas gravitacionales, las ondulaciones del espacio tiempo que crean los acontecimientos increíblemente energéticos en el universo, se basa en dividir un rayo láser usando un interferómetro y mandar cada una de las mitades en un camino de ida y vuelta a lo largo de los brazos colocados en ángulos rectos del detector. Cuando las dos mitades vuelven a juntarse, toda la luz del láser que entró en el sistema vuelve a salir. Sin embargo, si durante el viaje de las dos mitades del rayo a lo largo de los brazos del detector da la casualidad que pasa una onda gravitacional alterando de forma diferente las longitudes de los brazos, al juntarse los haces se crea un patrón de interferencia indicando lo que ocurrido.

Esquema simplificado del interferómetro LIGO

Esquema simplificado del interferómetro LIGO

Da igual lo energético que sea el acontecimiento cósmico que las haya generado, que para cuando llegan a la Tierra las ondas gravitacionales tienen amplitudes minúsculas, por lo que para detectarlas la sensibilidad del detector es vital. La primera detección directa de ondas gravitacionales por este método se anunció por LIGO en febrero de este año, y fueron producidas por la colisión y fusión de dos agujeros negros que consiguieron que los brazos de LIGO, cada uno de 4.200 metros de longitud, cambiasen en 10-19 m (la décima parte de una trillonésima de metro). (Véase La humanidad estrena “ojos” para ver un nuevo universo).

Con unas sensibilidades tan extremas una de las principales fuente de ruido en detectores así son fotones que no tienen nada que ver con el experimento y que surgen del vacío cuántico como resultado de la energía del punto cero, la energía que el principio de incertidumbre de Heisenberg obliga a que nunca pueda ser eliminada de un sistema.

Esquema del comprensor de luz (ruido)

Esquema del comprensor de luz (ruido)

Pero hay una cosa que se puede hacer para reducir el ruido generado por estos fotones, comprimirlo. Un grupo de investigadores encabezado por Henning Vahlbruch, de la Universidad Leibniz de Hannover (Alemania) ha desarrollado un método para comprimir el ruido hasta límites hasta ahora desconocidos. El nuevo procedimiento, compatible con los interferómetros láser de LIGO, podría permitir mejorar LIGO y otros observatorios de ondas gravitacionales similares.

En este trabajo los investigadores se mejoran a sí mismos. Su anterior plusmarca estaba en una reducción de 19 veces el ruido clásico o, técnicamente, una compresión de 12,7 decibelios. Ahora, mejorando la técnica consiguiendo pocas pérdidas ópticas y fluctuaciones mínimas en el sistema de lectura consiguen comprimir el ruido clásico 32 veces o 15 decibelios de compresión. Lo que es más importante, los estados comprimidos se obtienen a una longitud de onda de 1064 nm, precisamente la que emplean los láseres de los observatorios de ondas gravitacionales actuales.

Referencia:

Henning Vahlbruch et al (2016) Detection of 15 dB Squeezed States of Light and their Application for the Absolute Calibration of Photoelectric Quantum Efficiency Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.110801

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

2 Comentarios

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Lo Mejor de la Semana (11 – 17 de septiembre) | Hablando de Ciencia

[…] Comprimiendo la luz para detectar mejor ondas gravitacionales y eliminar el ruido de fondo causado por fotones que surgen del vacío cuántico. […]

Julián ÁlvarezJulián Álvarez

Estimado César Tomé: Te he remitido algunos comentarios anteriores sobre otros temas.-Podrás haber comprobado que ni tienen virus, y que soy una persona seria y respetuosa con los que no estoy de acuerdo.-
Sobre el tema de las Ondas Gravitatorias, he escrito un largo trabajo, en el que se desmontan muchas de sus afirmaciones.-Por ser tan extenso, no puedo incluirlo aquí.-
Esta es la razón de que te solicite una dirección de Email donde pueda incluirlo como archivo, en caso de que estés interesado en conocer otra opinión y proposición, distintas de las oficiales, así como la cantidad de fallos que cabe denunciar en las mismas.-Tal vez pueda servir, además, para hacer un resumen del mismo, a incluir en Naukas, o en otro medio.-
En todo caso, y animándote a que continúes con tu magnífica labor, que siempre sigo, te envía un cordial saludo,

Julián Álvarez-Santullano Málaga

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