octubre 20, 2021

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Los espejos que detectan ondas en el espacio-tiempo se han congelado casi al cero absoluto

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Los técnicos de LIGO revisan uno de los espejos del observatorio.

Los técnicos de LIGO revisan uno de los espejos del observatorio.
Imagen: Laboratorio Caltech / MIT / LIGO

Un equipo de físicos afirma que lograron casi congelar el movimiento de los átomos en cuatro espejos suspendidos. Es una hazaña alucinante que sobrecarga las definiciones mismas de palabras aparentemente simples como “objeto” y “temperatura”. Luego, abroche el cinturón de seguridad.

El escenario de este experimento fue LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser, donde los físicos buscan ondas en el espacio-tiempo creadas por colisiones de objetos masivos como agujeros negros. El observatorio se basa en cuatro espejos y rayos láser cuidadosamente suspendidos para detectar ondas gravitacionales que pasan, que desplazan los espejos ligeramente, lo que hace que los rayos láser oscilen brevemente. Los investigadores detrás del experimento actual aprovecharon un descanso en LIGO en septiembre pasado para probar algo que nunca se había hecho antes.: enfriar un objeto a escala humana tanto que se pudieran hacer observaciones cuánticas en él. Tu resultados se publican hoy en la revista Science.

Puedes enfriar un objeto poniéndolo en un congelador, pero cuando eres un físico, también puedes enfriar un objeto reduciendo su movimiento. A veces, esto significa aplicar una fuerza contraria, en este caso, rayos láser, al objeto, a para ralentizar tu movimiento aleatorioentonces en la escala atómica. Afortunadamente, LIGO ya viene equipado con láseres, por lo que el equipo no tuvo que preocuparse por estropear la configuración experimental increíblemente costosa.

“De hecho, podríamos usar la misma capacidad de LIGO para hacer esta otra cosa, que es usar LIGO para medir el movimiento de oscilación aleatorio de estos espejos – use la información que tenemos sobre el movimiento – y aplique una fuerza contraria, para que sepa que está allí, evitaría que los átomos se movieran ”, dijo Vivishek Sudhir, físico cuántico del Instituto de Tecnología de Massachusetts y coautor del artículo, en una videollamada.

Aquí es donde se pone raro. El equipo No láser-frío cualquier espejo; en su lugar ellos cengrasó el movimiento colectivo de los cuatro espejos hasta 77 nanokelvins, o 77 mil millonésimas de Kelvin, justo por encima del cero absoluto. Este movimiento colectivo es lo que los físicos llaman un “objeto”, aunque esto no coincide exactamente con su definición cotidiana de la palabra. Este es ahora el objeto más grande jamás enfriado hasta casi el estado fundamental del movimiento cuántico, en otras palabras, reposo completo a nivel atómico.

Entonces, ¿por qué emprenderían tal esfuerzo? Buscan comprender mejor cómo el mundo clásico, es decir, las cosas con las que usted y yo estamos familiarizados, como sillas y gatos, interactúan con el régimen cuántico. Para hacer esto, sería útil tener un sistema grande y fácil de observar (como espejos) que se comporte como un sistema a escala cuántica. Normalmente, los objetos a escala humana están fuertemente influenciados por cosas como el sonido.les de trenes que pasan, viento, ondas sonoras de alguien hablando cerca, etc., para obtener medidas delicadas de fuerzas muy ligeras. subterráneo y suspendido, LIGO está principalmente protegido contra estos factores ya. Pero para comportarse como un sistema cuántico, el equipo también necesitaba eliminar el ruido causado por el calor.. La temperatura ambiente significa que el aire está lleno de energía. Pero cuanto más frío hace, menos movimiento hay.

“Esta es una mejora sorprendente con respecto a los resultados anteriores en este modo de enfriamiento mecánico masivo de su sistema de espejos”, dijo Markus Aspelmeyer, un físico cuántico de la Universidad de Viena que no está afiliado al artículo reciente, en un correo electrónico. “Estoy de acuerdo con su afirmación de que este es un sistema fantástico para estudiar los efectos de la decoherencia en los objetos supermasivos en el régimen cuántico”. Por decoherencia, Aspelmeyer se refiere a la forma en que los objetos pierden sus propiedades cuánticas.

Sudhir dijo que el siguiente paso del equipo sería probar el efecto de la gravedad en el sistema.madre. La gravedad no se observó directamente en el reino cuántico; mePodría ser que la gravedad sea una fuerza que solo actúa sobre el mundo clásico. Pero si eso pasa existen en escalas cuánticas, un sistema enfriado en LIGO– ya es un instrumento extremadamente sensiblees un lugar fantástico para buscar. La gravedad actúa más intensamente sobre los objetos masivos, por lo tanto, habiendo tan grande objeto trabajar con es un gran paso hacia la exploración de cómo la fuerza puede o no interactuar con el mundo cuántico.

Para Sudhir, parte de lo que es tan emocionante es desentrañar los límites de estas leyes de la física. “¿Por qué es que … cualquier ley física que todos descubramos como humanos en la Tierra se aplica igualmente bien Muy Muy Lejano, en algún otro rincón del universo? —Dijo Sudhir. “Ese no tiene por qué ser el caso. Y todavía lo es. “

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