01/Jun/06

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Proponen un sistema cuántico para medir ondas gravitatorias

(NeoFronteras) - Unos físicos proponen que la detección de ondas gravitacionales se podría realizar mediante un sistema de partículas cuánticas correlacionadas.

La relatividad general describe el espacio-tiempo como un sistema elástico que bajo la presencia de masa o energía se curva sobre sí mismo. Esta propiedad se ha demostrado experimentalmente reiteradamente. La última vez que se hizo fue con la nave Casini en su camino hacia Saturno cuando mandó una señal radioeléctrica que pasó cerca del sol en su camino hacia la Tierra. Con las antenas de recepción se pudo comprobar cómo el sol curvaba el espacio-tiempo a su alrededor y cómo esto había afectado a la señal en cuestión.

Otra de las predicciones de la relatividad general es la existencia de ondas gravitatorias. Los fenómenos violentos como las explosiones de supernovas, la colisión se agujeros negros o de estrellas de neutrones e incluso el propio Bing Bag producirían esas ondas gravitatorias. Indirectamente se comprobó hace años en un sistema binario de púlsares que la pérdida de energía del sistema encajaba con los se escaparía en forma de ondas gravitatorias, pero no deja de ser una medida indirecta.

Las regiones del espacio por la que pasasen dichas ondas se verían contraídas y expandidas conforme pasasen las cretas y valles de dichas ondas que serían análogas a las ondas que se propagan sobre la superficie del agua cuando arrojamos un objeto. En este caso serían vibraciones del propio espacio propagándose en forma de onda. Lo malo es que la cuantía de esa contracción y expansión es mucho menor que la escala atómica, incluso para fenómenos tan violentísimos como los descritos anteriormente. El resultado es que hasta el momento nadie ha conseguido detectar dichas ondas directamente.

Ahora un grupo de físicos proponen un sistema cuántico para medirlas. En la famosa paradoja ERP dos partículas cuánticas, como por ejemplo dos fotones, que estén correlacionados se separan en la misma dirección pero en sentido opuesto una buena distancia. Según la Mecánica Cuántica cuando se efectúa una medición sobre una de las partículas el colapso de la función de ondas afecta ineludiblemente e instantáneamente a la otra partícula, determinando su estado cuántico.

En este caso se propone este tipo de experimento con partículas de spin 1/2, que por ejemplo pueden ser electrones que además de la propiedad de spin pueden tener correlacionados sus momentos.

Las ondas gravitatorias deberían de dejar una huella en este tipo de eventos cuánticos si están presentes durante su realización. No es fácil mantener la coherencia cuántica en las partículas que están correlacionadas de ese modo porque cualquier interferencia produce el colapso de la función de ondas, pero precisamente quizás sea esta fragilidad en este tipo de estados lo que nos de la sensibilidad suficiente para detectar las ondas gravitatorias.

Ye Yeo y sus colaboradores de la Universidad de Singapur proponen en un trabajo teórico que unos electrones correlacionados con una definición precisa del estado de spin inicial podrían ser usados para detectar las ondas gravitatorias.

Los cálculos muestran que la fuerza gravitatoria pasando en forma de onda cambia el momento de las partículas correlacionadas alterando el estado cuántico virginal que tenían. En principio el efecto se podría detectar experimentalmente, pero es tan pequeño que nadie sabe la manera de medirlo. Lo que propone este grupo es amplificar el efecto usando un truco que llaman "barrido cuántico", que permite a los pares de partículas que nunca han estado en contacto estén correlacionados. El spin y el momento terminan estando altamente correlacionados de tal modo que cambiar algo en una partícula produce un cambio incluso mayor en la otra.

Según los expertos del campo este trabajo es muy interesante, pero hay polémica sobre la posibilidad de detectar el efecto por ser éste extraordinariamente pequeño incluso después de la amplificación. Quizás, después de todo, las ondas gravitatorias sigan siendo igual de elusivas.

Aportado por Eduardo J. Carletti