GEO600, el primer detector de ondas gravitatorias que opera por debajo del límite de ruido cuántico

La teoría general de la relatividad predice la existencia de ondas gravitacionales, ondas del propio espaciotiempo producidas por fenómenos violentos como la colisión de dos agujeros negros. Aún no se han detectado estas ondas porque son muy débiles y su detección requiere medir cambios muy pequeños en distancias kilométricas entre los espejos de un interferómetro tipo Michelson. Estos espejos están colocados en el vacío y la medida de su distancia está limitada por el ruido cuántico del propio vacío, las fluctuaciones en el punto cero del campo electromagnético. Los miembros de la Colaboración Científica LIGO han desarrollado una nueva tecnología para el experimento GEO600, la inyección de luz estrechada (squeezed light), que permite medidas por debajo del límite de ruido cuántico, con una mejora de un 50% en la sensibilidad en el experimento. Durante los próximos cuatro años, GEO600 buscará ondas gravitacionales. Para los interesados en los detalles, el artículo técnico es The LIGO Scientific Collaboration, “A gravitational wave observatory operating beyond the quantum shot-noise limit,” Nature Physics, Published online11 September 2011 [ArXiv preprint].

La radiación gravitatoria se produce por el movimiento acelerado de masas, igual que la electromagnética se produce por el movimiento acelerado de cargas eléctricas. Producen ondas gravitacionales las explosiones de supernovas y los sistemas binarios formados por estrellas de neutrones y agujeros negros que se mueven en espiral uno respecto al otro.  Estas ondas se mueven a la velocidad de la luz y se revelan como estiramientos y compresiones alternadas del espacio-tiempo, transversales a la dirección de propagación. La medición directa de este fenómeno predicho por Einstein es uno de los grandes desafíos de la física contemporánea. El nuevo dispositivo experimental será utilizado en el detector británico-alemán GEO600, cuyos brazos de 600 metros de longitud; este observatorio es pequeño comparado con los dos observatorios LIGO en EE.UU. con brazos de 4 km de longitud (no están funcionamiento desde noviembre de 2010 porque están en proceso de actualización), o el Observatorio Europeo Virgo con brazos de 3 km de longitud. Además, hay otros detectores planificados en Japón, Australia y Europa.

La pena es que la región más interesante para la detección de ondas gravitatorias es entre 10 Hz y 1 kHz, y en dicha región el incremento de la sensibilidad es muy pequeño. Aún así, este artículo en Nature Physics ha sido una buena excusa para recordar que la búsqueda ondas gravitatorias es uno de los campos más prometedores de la física actual. El estudio del fondo cósmico de ondas gravitatorias nos abrirá unos nuevos ojos para contemplar el cosmos.



11 Comentarios

  1. Bueno reconozco que el tono fue un poco agrio pero es que tienes que reconocer que esa actitud de “yo tengo la respuesta a las soluciones que los pobres físicos que gastan millones de euros no tienen” se presta a estas airadas contestaciones. Especular está bien y por supuesto todo el mundo tiene derecho a ello pero deberías incluir en tu comentario que solamente especulas en lugar de pretender revolucionar la física con un par de cábalas.
    Respecto a lo que dices de tu fórmula, conozco perfectamente los conceptos de velocidad de fase y de grupo. La velocidad de fase puede ser mayor que la de la luz, de hecho, si utilizas la fórmula para ondas de materia vf=c^2/v la velocidad de grupo será siempre mayor que c para toda partícula sublumínica. Pero es que este concepto no es físicamente relevante ya que la información, la energía NO PUEDE transmitirse JAMÁS a velocidades mayores que c, ni en física clásica ni en física cuántica. La invariancia Lorentz es un concepto fundamental que pretendes violar simplemente utilizando el concepto de velocidad de fase que engañosamente da la sensación de que algo viaja más rápido que c pero evidentemente esto no es así.

  2. Amigo Albert el que te has liado eres tú. Jactarse de saber más que los físicos y luego utilizar fórmulas que no se sabe ni lo que significan no habla muy bien de alguien que aspira a revolucionar la física XD. En la expresión vp=c2/v, v es la velocidad de la partícula asociada y vp es la velocidad de fase tal y como puse arriba. Si no te convence puedes leer la siguiente frase en el enlace de la wikipedia que tú mismo pusiste arriba “Phase velocity”, la frase es la siguiente: “Since the particle speed v c” Creo que ya lo ves más claro ¿No? Por si fuera poco en el mismo enlace (que veo lo has utilizado sin leerlo ni entenderlo) un poco más abajo pone: “The superluminal phase velocity does not violate special relativity, as it carries no information” que coincide con lo que te dije antes de que la velocidad de fase no es físicamente relevante ni porta ninguna información.

    1. No ha salido bien la primera frase, la frase que pone en la wiki en el apartado fase de la onda de materia es:
      “Since the particle speed v < c for any particle that has mass (according to special relativity), the phase velocity of matter waves always exceeds c, i.e."

    2. Pues no era mi intención descalificar ni mucho menos denigrar a nadie. Mi única intención era llamarte la atención sobre lo que personalmente consideré una actitud de soberbia y prepotencia injustificada. De todas formas está claro que compartimos la pasión por la ciencia y las “ansias” de conocimiento y de nuevos descubrimientos por lo que te animo a que sigas contribuyendo con tus comentarios y con tus conjeturas si así lo deseas. Doy por terminada la conversación sin ninguna acritud ni rencor, se trata de intercambiar ideas y enriquecernos con los comentarios de los demás.

    3. “Te recordaré que los físicos cuánticos están empezando a elaborar ideas donde lo sustancial no es la matería ni la energía sino la información cuántica de la cual emergerá todo lo demás”

      ¿de verdad crees que el hecho de que los físicos estén “empezando a elaborar ideas” es una buena razón para creerte?

      Por otra parte, veo que sigues siendo incapaz de hacer nada más allá de usar un par de fórmulas de física de instituto y sustituir una en la otra o algo así para explicar las mayores incógnitas de la física actual. Te recomiendo que no te dediques a la física teórica. Y a la experimental…. bueno, menos aún, dados los conceptos que manejas sobre el funcionamiento de la ciencia.

  3. “donde c_g es la velocidad de la gravedad”

    Si eso lo asumes como hipótesis, no puedes concluir que tu resultado es cierto. Cuando usas una hipótesis, tienes dos casos. Partes de que está comprobada, y los resultados teóricos que obtienes a partir de ella tienen gran posibilidad de ser ciertos. O partes de una hipótesis supuesta, y buscas consecuencias, que quieres verificar para respaldar la hipótesis. En este caso, partes de una hipótesis supuesta, y das como cierto el resultado. Tú sentido de la lógica sigue igual de oxidado que en pasados post.

    Saludos.

  4. Por cierto (hablando ahora del artículo sobre GEO600) cuando he leído este post me he acordado de una noticia que tuvo bastante repercusión hace un tiempo en la que se decía que GEO600 había detectado un ruido extraño que podía ser interpretado, utilizando el principio holográfico, como un efecto de la “granuralidad” del tiempo. Posteriormente el ruido desapareció cuando se utilizó un nuevo algoritmo para analizar los datos lo que prueba que solo fue un efecto de un error sistemático. Esto es una prueba más de lo delicado que es muchas veces el análisis de los datos provenientes de los complicados dispositivos experimentales. Los teóricos plantean sus modelos solo con “papel y lápiz (y matemáticas)” pero la comprobación experimental de estos modelos plantea retos tecnológicos, económicos, informáticos, logísticos, etc etc. Por ejemplo, la búsqueda del Higgs en el LHC está basada en algoritmos estadísticos que permiten comparar (separándo los datos del ruido de fondo) las predicciones teóricas con los datos reales. Siempre existe la probabilidad de que los datos puedan estar “contaminados” por algún error sistemático por lo que es necesario utilizar una desviación estadística muy grande (5 sigmas) (además de otras técnicas) para proclamar un descubrimiento. Por cierto (con el permiso de Francis), para los interesados en el estado de la búsqueda del Higgs en el LHC (que va a “toda máquina” y lleva ya 3,2 /fb) he incluido en mi página un resumen del estado e implicaciones de la búsqueda del Higgs en el LHC extraído de la página del físico teórico Matt Strassler, es éste: Resumen del estado de la búsqueda del Higgs en el LHC
    En mi opinión el resumen de Matt es muy bueno.

    1. Gracias, Planck, por la traducción del artículo de Strassler, que está muy bien. Matt es un buen divulgador y está haciendo una muy buena labor en su blog y en sus charlas.

    2. Si todas (¿son todas?) las medidas que podemos realizar están cuantizadas y la medida del tiempo únicamente se puede obtener a través de las primeras (ej. desintegraciones atómicas), ¿no sería ésto una consecuencia de que el tiempo (sea lo que sea éste) está cuantizado?.

      Esto me recuerda otra duda que siempre me ronda (entre otras muchas).

      ¿Se sabe o intuye qué ocurre en los pasos intermedios de una “transición” a nivel de planck o lo único que tenemos son el fotograma previo y posterior? (y por tanto nada se sabe de cómo se realiza esa transición)

      No se si me he explicado bien, el proceso físico concreto está muy bien definido (ej. un dagrama de Feyman) a lo que me refiero es si se sabe “algo” del “interior” de cada línea de Feyman (pasar de un estado a otro).

      No se, quizás simplemente no tienen sentido estas cuestiones…

      ¡Gracias en cualquier caso!

      1. Sí tiene sentido, se trata de si existen los infinitesimales o lo analógico de nuestra percepción y mundo no es más que discretos cuánticos digitales a los que asociamos con continuos temporales en dónde las transiciones solemos descomponer hasta la fracción más pequeña de 10 a la -43.
        Estamos en pañales, pero lo estamos desde las disputas entre Newton y Leibniz acerca de la naturaleza del infinito como constante o como variable, entiendo que Cantor zanjó la cuestión, pero un siglo después técnica de digitales y su codificación mediante seguimos sin saber si la realidad es analógica de flujo continuo o digital de saltos condicionados cuánticos. Pido perdón por que todo esto se ve como una ensalada de conceptos; pero estas cuestiones tienen mucho y muy importante sentido si se trata en última instancia en saber qué es la Realidad.

  5. Para confirmar si realmente el espacio tiempo sea una unidad , es decir, como un vestido, si tenés un vestido y quiere llegar hasta el orto , lo podés hacer de varias maneras una es trasladarse por el vestido y llegar, la otra es recoger el vestido y alcanzara el punto de llegada, con este experimento podemos viajar a través del espacio y logicamente del tiempo. Todo es energía por lo tanto todo se puede transformar.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 14 septiembre, 2011
Categoría(s): ✓ Física • Noticias • Physics • Relatividad • Science
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