Por primera vez, detectan sacudidas cuánticas que mueven objetos de 40 kilos

Intermitente, ruidoso, crepitante; un espacio lleno de partículas que parpadean constantemente, un lugar invadido por un zumbido de fondo que lo inunda todo hasta volverse omnipresente.

Eso, y no otra cosa, es el Universo visto a través de los ojos de la mecánica cuántica.

Un universo que, entre otras cosas, está plagado de efectos demasiado sutiles como detectarlos en el vaivén de los objetos cotidianos. O eso creíamos.

Gracias a los investigadores de LIGO, esto ha dejado de ser una idea exótica y evocadora: han conseguido medir los efectos de las fluctuaciones cuánticas en objetos a escala humana.

Es decir, según lo que cuentan en Nature, el equipo dice haber observado como las fluctuaciones cuánticas “patean” objetos tan grandes como los espejos de 40 kilos del Observatorio LIGO, haciendo que se muevan mínimamente una distancia de 10^-20 metros.

Esto había sido predicho por la mecánica cuántica, pero como con otras tantas cosas, parecía casi ciencia ficción.

¿Qué es LIGO?

Es el detector de ondas gravitacionales que realizó uno de los grandes descubrimientos de la historia de la física y resolvió un misterio de más de un siglo de duración.

En términos generales, se compone de dos detectores idénticos (uno en Hanford, Washington y el otro en Livingston, Louisiana).

Cada detector es un interferómetro en forma de L formado por dos túneles de 4 kilómetros de largo que tienen, al final de ellos, un espejo de 40 kilogramos.

La idea de base es que, en ausencia de una onda gravitacional, dos láseres iguales lanzados por cada uno de los brazos del laboratorio deberían regresar al mismo tiempo exacto.

En cambio, si el trayecto coincide con una onda gravitacional, ésta perturbaría brevemente la posición de los espejos del fondo y, por lo tanto, los tiempos de llegada de los láseres.

Es decir, el sistema es tan preciso que es capaz de detectar variaciones mínimas (mucho más mínimas de lo que podríamos pensar) en esos haces de luz.

¿Sirven para medir el ruido cuántico? Ante este alarde de precisión, Mavalvala y sus colegas se preguntaron si LIGO también podría ser lo suficientemente sensible como para detectar fluctuaciones cuánticas gracias al interferómetro.

A nivel teórico, la fluctuación cuántica provocada por la luz láser debería causar una “presión de radiación” capaz de patear un objeto.

En este caso, un espejo de 40 kilos, “mil millones de veces más pesado que los objetos a nanoescala en los que otros grupos han medido este efecto cuántico”.

¿Cómo lo hicieron? Los investigadores utilizaron un instrumento especial llamado “exprimidor cuántico”.

Un complemento del interferómetro capaz de ajustar las propiedades del ruido cuántico dentro de él.

Grosso modo, el ‘exprimidor cuántico’ permite monitorizar las vibraciones normales que invisibilizan el efecto cuántico y bloquearlas.

La herramienta que inicialmente estaban pensando para eliminar errores, permite observar cómo los espejos se movían por una auténtica “patada cuántica”.

El equipo midió primero el ruido total dentro de los interferómetros, incluido el ruido cuántico de fondo, así como el ruido «clásico» o las perturbaciones generadas por las vibraciones cotidianas normales.

Luego encendieron el exprimidor y lo configuraron en un estado específico que alteró las propiedades del ruido cuántico.

Entonces pudieron restar el ruido clásico durante el análisis de datos, para aislar el ruido puramente cuántico.

Como el detector monitorea constantemente el desplazamiento de los espejos a cualquier ruido entrante, los investigadores pudieron observar que solo el cuántico era suficiente para desplazar los espejos mínimamente.

¿Por qué es importante?

“Lo especial de este experimento es que hemos visto efectos cuánticos en algo tan grande como un ser humano“, explica Nergis Mavalvala, del departamento de física del MIT.

“Nosotros también estamos siendo sacudidos durante cada nanosegundo de nuestra existencia: también somos golpeados por estas fluctuaciones cuánticas.

Sencillamente, el nerviosismo de nuestra existencia (nuestra energía térmica) es demasiado grande para que estas fluctuaciones afecten nuestro movimiento de manera medible.

Con los espejos de LIGO hemos hecho un gran trabajo para aislarlos de modo que ahora podamos sentir en ellos las sacudidas de estas espeluznantes palomitas de maíz del universo“.

Fuente: Xataca