Ciencias

Nueva tecnología para mejorar los instrumentos científicos más sensibles del mundo

Una nueva tecnología para mejorar los detectores de ondas gravitacionales, uno de los instrumentos más sensibles utilizados por los investigadores científicos, fue desarrollada por físicos de la Universidad de Australia Occidental en colaboración con un equipo internacional de investigadores.

La nueva tecnología permite que los detectores de ondas gravitacionales existentes en todo el mundo alcancen una sensibilidad que antes solo se podía lograr construyendo detectores mucho más grandes.

El trabajo publicado en Física de la comunicaciónfue dirigido por el Centro de Competencia ARC para la Detección de Ondas Gravitacionales (OzGrav) en UWA en cooperación con el Centro de Competencia ARC para Sistemas Técnicos Cuánticos, el Instituto Niels Bohr en Copenhague y el Instituto de Tecnología de California en Pasadena.

El profesor emérito David Blair del Instituto de Física de la UWA dijo que la tecnología había fusionado partículas cuánticas de vibración sonora, llamadas fonones, con fotones de luz láser para crear un nuevo tipo de amplificación en la que las partículas fusionadas iban y venían miles de millones de veces sin obtener perdió.

«Hace más de cien años, Einstein demostró que la luz viene como pequeños paquetes de energía que ahora llamamos fotones», dijo el profesor emérito Blair.

Uno de los usos más avanzados de los fotones es en detectores de ondas gravitacionales, que los físicos pueden utilizar para observar ondas espaciales y temporales causadas por colisiones cósmicas.

«Los fonones son mucho más difíciles de explotar en su forma cuántica porque normalmente están inundados por una gran cantidad de fonones aleatorios llamados fondo térmico».

Profesor emérito David Blair

«Dos años después de la predicción de fotones de Einstein, sugirió que el calor y el sonido también están presentes en paquetes de energía que ahora llamamos fonones», dijo el profesor emérito Blair.

«Los fonones son mucho más difíciles de explotar en su forma cuántica porque normalmente están inundados por una gran cantidad de fonones aleatorios llamados fondo térmico».

Debido a la interacción de fotones y fonones, un pequeño resonador con un tamaño de menos de 1 mm puede aumentar drásticamente la sensibilidad de un interferómetro en el rango de kilómetros. Crédito de la foto: Carl Knox, centro de excelencia ARC para el descubrimiento de ondas gravitacionales.

El profesor emérito Blair recibió el prestigioso premio de ciencia del Primer Ministro en 2020 por su contribución a la primera detección de ondas gravitacionales.

El autor principal, el Dr. Michael Page dijo que el truco consiste en combinar fonones y fotones de tal manera que se pueda amplificar una amplia gama de frecuencias de ondas gravitacionales al mismo tiempo.

«Con el nuevo avance, los físicos pueden observar la materia más extrema y concentrada del universo conocido a medida que colapsa en un agujero negro, que es lo que sucede cuando dos estrellas de neutrones chocan», dijo el Dr. Página.

El profesor emérito David Blair dijo que las formas de onda sonaban como un grito corto demasiado alto para que los detectores de corriente lo escucharan.

«Nuestra tecnología hará que estas formas de onda sean audibles y también mostrará si los neutrones en las estrellas de neutrones en este estado extremo se descomponen en sus partes constituyentes, los llamados quarks», dijo el profesor emérito Blair.

“Lo más emocionante de que el material nuclear se convierta en un agujero negro es que el proceso es como revertir el Big Bang que creó el universo. Cuando veas esto, verás una película sobre el Big Bang que se reproduce al revés. «

El profesor emérito Blair dijo que si bien la tecnología no es una solución inmediata para mejorar los detectores de ondas gravitacionales, sí ofrece una forma económica de mejorarla.

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Rocío Penalver

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