Premio Nobel de Física 2017: Weiss, Barish y Thorne por LIGO y sus ondas gravitacionales

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Como muchos esperábamos, el Premio Nobel de Física de 2017 lo han recibido los padres de LIGO tras la observación directa de ondas gravitacionales. La mitad del premio es para Rainer Weiss (MIT, EE.UU.), y la otra mitad, a partes iguales, para Barry C. Barish y Kip S. Thorne (ambos de Caltech, EE.UU.). Sin lugar a dudas se ha premiado a toda la Colaboración LIGO-Virgo (LVC) vía sus tres padres que están vivos (Barish ha recibido el premio en lugar del fallecido Ronald W. P. Drever). LVC merecía este galardón este año, pues el nacimiento de la Astronomía de Ondas Gravitacionales será recordado como uno de los grandes hitos científicos de la segunda década del siglo XXI.

Más información en la web Nobelprize.org, en concreto el resumen, el anuncio, la nota de prensa, la información divulgativa y la información científica.

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Mi más sincera felicitación al Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Illes Balears (UIB), el único grupo de investigación de España que ha participado en las cuatro detecciones de ondas gravitacionales a través de la Colaboración Científica LIGO. Liderado por Alicia M. Sintes, participa en LIGO desde 2002; tanto ella como Sascha Husa forman parte del Consejo de LIGO. El grupo de la UIB contribuyó de forma relevante a la identificación de las cuatro detecciones confirmadas hasta ahora de colapsos de agujeros negros binarios, identificadas como GW150914, GW151226, GW170104 y GW170814. Más información en El diari de la UIB.

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Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) logró la primera detección directa de una onda gravitacional el 14 de septiembre de 2015, aunque fue anunciada el 11 de febrero de 2016 (tras la publicación del artículo correspondiente en Physical Review Letters). Como ocurre con las ondas electromagnéticas, el espectro de ondas gravitacionales es muy extenso; LIGO puede observar ondas más o menos entre 50 Hz y 1000 Hz, que corresponden a cuerpos compactos en sistemas binarios que rotan entre 100 y 2000 veces por segundo. Por ello, Advanced LIGO puede observar la fusión de agujeros negros de masa estelar (por su sensibilidad actual hasta distancias de cientos de millones de pársecs) y hasta ahora ha observado cuatro señales; también puede observar otros sistemas binarios compactos, como la fusión de estrellas de neutrones para dar lugar a un agujero negro (aunque en este caso su sensibilidad solo permite la observación hasta distancias de decenas de millones de pársecs), pero hasta ahora no ha observado ninguna señal, eso sí, hay un rumor firme al respecto.

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Para ondas gravitacionales generadas por otras fuentes, cuya espectro está fuera del alcance de LIGO, habrá que esperar a otros observatorios. Tanto interferómetros espaciales (para la fusión de agujeros negros supermasivos) como telescopios para la polarización del fondo cósmico de microondas (para las ondas gravitacionales primordiales) como otros detectores. Cada observatorio actúa como una antena que está ajustada a ondas gravitacionales en cierto rango de frecuencias y no puede observar ondas más allá (como ocurre con las antenas y los telescopios para ondas electromagnéticas).

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La idea de usar interferómetros para observar ondas gravitacionales nació en 1962, gracias a los físicos soviéticos M. E. Gertsenshtein y V. I. Pustovoit (“On the detection of low frequency gravitational waves,” Sov. Phys. JETP 16: 433, 1963). Esta idea renació gracias al trabajo de Joseph Weber (padre de los detectores de barras para ondas gravitacionales) y Robert L. Forward en 1971 (“Multidirectional, multipolarization antennas for scalar and tensor gravitational radiation,” Gen. Rel. and Grav. 2: 149, 1971); ellos fueron capaces de construir un pequeño prototipo.

En paralelo, Rainer Weiss, inspirado por Pirani (1956) desarrolló la idea de forma independiente y estudió en detalle todas las fuentes de ruido (Quarterly progress report, MIT Research Lab of Electronics 105: 54, 1972); en 1974 solicitó a la NSF financiación para construir un prototipo con brazos de 9 metros (en Alemania Heinz Billing había desarrollado uno con brazos de 3 metros y en Escocia Ronald Drever había construido uno con brazos de 1 metro, que más tarde sería extendido a 10 metros).

El camino hacia LIGO pasaba por ir más allá del MIT y contactar con la costa oeste de EE.UU. Gracias a Kip Thorne, un teórico del Caltech que quería iniciar una vía experimental allí, se allanó el camino hacia la financiación por parte de la NSF. Se contrató a Drever en 1979 y a principios de los 1980 se logró el visto bueno de la NSF para construir sendos prototipos en el MIT y en Caltech. El diseño de LIGO apareció en el Libro Azul (the Blue Book) de 1983, que describía dos interferómetros gemelos con brazos de 5 kilómetros. En 1984 nació el proyecto LIGO liderado por la Troika, los físicos Weiss, Drever y Thorne desde Caltech. Pero un proyecto de ciencia a lo grande (big science) requería un liderazgo experto, y tomó las riendas de LIGO Rochus Vogt (que había abandonado el difunto SSC).

En 1990 el proyecto LIGO recibió 300 millones de dólares de la NSF (el mayor proyecto financiado por ellos hasta entonce). Se construirían dos interferómetros gemelos con brazos de 4 km en Hanford, cerca de Richland en el Estado de Washington, y Livingston, en el Estado de Louisiana, separados por 3002 km. Vogt hizo la parte difícil, lograr la financiación, pero tuvo muchos problemas con la Troika; por ello en 1994 se nombró director a Barry Barish. Su labor fue clave para transformar LIGO de una colaboración MIT/Caltech a un proyecto internacional. Su gran aportación fue dividir el proyecto en dos fases, un LIGO Inicial (iLIGO) para verificar la tecnología (aunque quizás no observara nada, como así ocurrió) y un LIGO Avanzado (aLIGO) para realizar las primeras observaciones (pocos esperaban que justo al arrancar lograra su primera observación).

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Bajo la dirección de Barish se construyeron los interferómetros de Hanford en 1994 y Livingston en 1998. Tras las pruebas de iLIGO entre 1999 y 2002, la primera toma de datos fue entre 2002 y 2005. En 2005, Barish abandonó LIGO para irse al ILC, no sin antes crear la LIGO Scientific Collaboration (LSC) en 1997; en esta colaboración se disolvió el proyecto alemán GEO600. Más adelante, el interferómetro italiano Virgo, en Cascina, cerca de Pisa, Italia, con brazos de 3 km, también acabó uniéndose a LIGO dando lugar a la LIGO-Virgo Collaboration (LVC) en el año 2007.

La primera onda gravitacional se observó en septiembre de 2015 cuando la portavoz de LSC era la argentina Gabriela González (Univ. Estatal de Louisiana) y el director de aLIGO era David Reitze (Caltech). El pasado 14 de agosto de 2017, la colaboración LVC tuvo su primer éxito, la observación conjunta LIGO-Virgo de una onda gravitacional (la cuarta de LIGO hasta ahora).

Sin lugar a dudas, la detección directa de ondas gravitacionales ha sido uno de los grandes hitos de la Física en esta década (junto con la observación del bosón de Higgs). La Astronomía de Ondas Gravitacionales brillará con luz propia en la década de los 2020, cuando además de LIGO y Virgo, estén operativos KAGRA (Japón) y INDIGO (India), y más aún en la década de los 2030, cuando los primeros observatorios espaciales (como LISA) nos abran nuevos ojos al universo gravitacional. El Nobel de Física 2017 ha sido un esperado, pero no por ello menos merecido, galardón a un trabajo de más de 40 años, que se inició con Weber a principios de los 1960.

Dibujo20171003 weiss barish thorne nobel prize physics 2017 elpais afp


8 Comentarios

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Hèctor

Un premio esperado pero aún así muy emocionante. Mis felicitaciones a los premiados y al grupo de investigación UIB.

Gelbros J3Gelbros J3

Un largo camino recorrido de esfuerzo, ingenio y esperanza, cuyos frutos están siendo finalmente reconocidos al máximo nivel.

Pedro MascarósPedro Mascarós

Me alegro mucho por Kip Thorne, la verdad; tiene una maravilla de la divulgación llamada “Agujeros negros y tiempo curvo: el escandaloso legado de Einstein” que recomiendo fervorosamente.

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

Una recomendación fabulosa Pedro.

Es uno de los mejores libros de divulgación científica jamás escritos.

The science of “interestellar” (que fue reseñado por Francis) es física más especulativa pero de lectura emocionante. Como todo lo que hace Thorne :)

U-95U-95

Coincido con los dos, sobre todo la primera parte con ese viaje a diferentes agujeros negros según su masa y rotación.

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