El Observatorio de Ondas Gravitacionales llega más allá del límite cuántico
Gracias a la compresión cuántica, las mediciones de LIGO son las más precisas hasta el momento.
El dispositivo utilizado para realizar la compresión cuántica.
Crédito de la imagen: Georgia Mansell/Observatorio LIGO Hanford
El Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) ha superado su nivel anterior de precisión, encontrando una manera de sortear el límite cuántico: el ruido intrínseco del universo que solía restringir la precisión con la que se podían medir las ondas gravitacionales. El observatorio utiliza láseres para detectar variaciones en el espacio-tiempo que son 1/1.000th del ancho de un solo protón, y están sucediendo muchas cosas a ese nivel.
Ese nivel de medición es asombroso. Equivale a conocer la distancia entre el Sol y Próxima Centauri (su estrella vecina más cercana) con una precisión menor que un cabello humano. Y cuando las distancias se vuelven más pequeñas que un átomo, reina la rareza cuántica. El espacio-tiempo no está vacío, las partículas aparecen y desaparecen con la misma rapidez, lo que contribuye al ruido cuántico.
"No podemos controlar la naturaleza, pero podemos controlar nuestros detectores", dijo en un comunicado Lisa Barsotti, investigadora científica senior del MIT que supervisó el desarrollo de la nueva tecnología LIGO. "La naturaleza cuántica de la luz crea el problema, pero la física cuántica también nos da la solución".
El enfoque que adoptaron para mejorar la precisión se llama "compresión dependiente de la frecuencia". La compresión cuántica permite controlar la luz y su precisión presionándola en un rasgo (la frecuencia, por ejemplo) pero perdiendo precisión en otro, por ejemplo, la potencia. Esto se debe al principio de incertidumbre.
Debido a la pérdida de energía, desde 2019 la compresión cuántica se realiza solo en el rango de frecuencia superior de las ondas gravitacionales. Pero con la nueva configuración, la compresión dependiente de la frecuencia permite a los científicos realizar este truco cuántico en todo el rango de frecuencias que LIGO puede detectar.
"Antes, teníamos que elegir dónde queríamos que LIGO fuera más preciso", añadió Rana Adhikari, miembro del equipo LIGO y profesora de física en Caltech. "Ahora podemos comernos el pastel y tenerlo también. Hace tiempo que sabemos cómo escribir las ecuaciones para que esto funcione, pero hasta ahora no estaba claro que pudiéramos hacerlo funcionar. Es como ciencia ficción. "
El logro técnico es increíble y tiene una importante consecuencia observacional. Se espera que superar el límite cuántico aumente el número de fusiones detectadas en un 60 por ciento. LIGO ahora está observando un volumen mayor del universo.
"Ahora que hemos superado este límite cuántico, podemos hacer mucha más astronomía", explicó Lee McCuller, profesor asistente de física en Caltech y uno de los líderes del nuevo estudio. "LIGO utiliza láseres y grandes espejos para realizar sus observaciones, pero estamos trabajando a un nivel de sensibilidad que significa que el dispositivo se ve afectado por el reino cuántico".
Virgo, el observatorio asociado de LIGO, también utilizará tecnología de compresión dependiente de la frecuencia dentro del ciclo actual, que comenzó en mayo pasado y continuará hasta finales de 2024.
El estudio ha sido aceptado para su publicación en Physical Review X.