Espejos para ondas gravitatorias formados por delgadas películas superconductoras

Por Francisco R. Villatoro, el 9 marzo, 2009. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science

dibujo20090307gravitationalwaverecreationTodavía no se han observado (directamente) las ondas gravitatorias predichas por la teoría de la relatividad de Einstein, aunque hay importantes evidencias (indirectas) sobre su existencia. Son extremadamente débiles, por lo que observarlas es extremedamente difícil. Lo ideal sería poder amplificarlas de alguna manera. Con dos espejos de ondas gravitatorias enfrentados podríamos formar una cavidad resonante que facilitaría su detección experimental directa. ¿Existen los espejos de ondas gravitatorias? Un estudio teórico predice que películas superconductoras delgadas se comportan como espejos de alta reflectividad para ondas gravitatorias en la frecuencia de las microondas. El artículo técnico es Raymond Y. Chiao, Kirk Wegter-McNelly, Stephen J. Minter, “Do Mirrors for Gravitational Waves Exist?,” ArXiv preprint, Submitted on 4 Mar 2009 .

¿Por qué se refleja la luz en un espejo? Por las condiciones de contorno que son compatibles con las ecuaciones de Maxwell en la interface entre los dos medios (leyes de Snel y Fresnel). Si un espejo reflejara ondas gravitatorias (soluciones para campo gravitatorio débil de las ecuaciones de Einstein linealizadas), cómo serían las condiciones de contorno compatibles con las ecuaciones de Einstein. Sorprendentemente, que yo sepa, no se conocen. Chiao y coautores sugieren en su artículo que el hecho de que la ecuaciones de Maxwell pueden ser derivadas en cierto límite a partir de las ecuaciones de Einstein sugiere que las condiciones de contorno válidas para las primeras también lo son para las segundas (al menos en dicho límite). ¿Se puede “buscar” un espejo que funcione en dicho límite? Eso es lo que han tratado de lograr teóricamente los autores.

En un superconductor “estándar” la red cristalina del sólido, a muy baja temperatura, provoca que ciertos pares de electrones (que son fermiones), los pares de Cooper, se comporten como pseudopartículas (de tipo bosón). Estos electrones pueden encontrarse muy alejados (a escala atómica) entre sí. Cuando una onda gravitatoria a su paso “mueve” la red cristalina, sus iones positivos describen geodésicas en el espacio-tiempo. Sin embargo, la onda gravitatoria afecta de diferente forma a cada uno de los electrones del par de Cooper con lo que el movimiento de la pseudopartícula no describe una geodésica en el espacio-tiempo. En el estado superconductor, todos los pares de Cooper se encuentra en un estado condensado de Bose-Einstein. Una onda gravitatoria de energía (longitud de onda) adecuada excita este estado condensado de Bose-Einstein provocando una reflexión especular.

La reflexión de ondas electromagnética en películas superconductoras delgadas (cuando su anchura es menor que la longitud de penetración de London) ya ha sido probada experimentalmente (desde hace más de 50 años). Si la analogía entre condiciones de contorno para la gravedad con las condiciones de contorno para el electromagnetismo utilizada en el artículo se confirma, es de esperar que también se pueda observar la reflexión de ondas gravitatorias en películas superconductores delgadas. En la frontera del conocimiento, estas elucubraciones teóricas son muy discutibles y sólo la física experimental puede verificar o desmentir estas ideas. Aún así, la idea parece muy interesante.



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