Cómo los superconductores pueden detectar ondas gravitatorias

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Artículo publicado el 15 de noviembre de 2011 en The Physics ArXiv Blog

Barras de metal superconductor podrían revolucionar la detección de ondas gravitatorias.

Las ondas gravitatorias son vibraciones en el tejido del espacio-tiempo. Están entre los fenómenos más apasionantes del universo, debido a que se generan mediante procesos exóticos, tales como colisiones entre agujeros negros e incluso en el momento de la propia creación, el Big Bang.

Por lo que encontrar una forma de estudiarlas es un tema importante para los astrónomos.

Ondas gravitatorias © by NASA Goddard Photo and Video


Pero hay un problema. Las ondas gravitatorias comprimen y estiran el espacio conforme viajan, pero sus efectos son minúsculos. Los físicos calculan que las ondas que pasan a través de la Tierra cambian la distancia entre Londres y Nueva York aproximadamente el ancho de un núcleo de uranio.

Esto hace que sean tan difíciles de observar, aunque la actual generación de detectores gravitatorios debería ser capaz de captar este nivel de cambio (a menos que alguien haya equivocado mucho sus cálculos).

Sin embargo, nadie ha observado directamente ondas gravitatorias.

Por lo que una nueva forma de encontrar a estas bestias seguramente tendrá un gran interés. Hoy, Armen Gulian de la Universidad Chapman en Maryland, y unos colegas, esbozan un nuevo tipo de detector que tiene el potencial de ser mucho más pequeño que los colosos actuales.

Los detectores convencionales son gigantescos interferómetros en forma de L con cada brazo con una longitud de cientos de metros. En el extremo de cada brazo hay un espejo, de forma que un rayo láser pueda ir hacia delante y atrás a lo largo del bazo e interferir consigo mismo.

Cualquier cambio en la longitud de los brazos debería mostrarse en algún cambio en el patrón de interferencia resultante.

Gulian y compañía tienen una idea distinta. Imagina una barra de metal superconductor que sufra el impacto de una onda gravitatoria. Las ondas actúan sobre todas las masas dentro de la barra, pero el movimiento resultante de la red metálica, que está fija, será muy diferente del movimiento de los electrones superconductores, que están totalmente desligados y tienen libertad de movimientos.

“Por tanto, la onda tenderá a acelerar los electrones adelante y atrás, hacia y alejándose de los extremos de la barra”, dicen.

Luego, colocan otra barra superconductora en el extremo de la primera, pero en un ángulo recto. Mientras que la primera barra se verá comprimida por una onda gravitatoria, la segunda se estirará. Por lo que los electrones de esta barra también oscilarán, aunque desplazados medio periodo respecto a la primera.

Finalmente, si se conectasen estas barras mediante un cable superconductor, debería fluir una corriente oscilante entre ellas.

Hay otras sutilezas en el diseño, en gran parte para lidiar con la naturaleza de los superconductores, pero éste es, esencialmente, el principio que esbozan.

Pasan luego a describir cómo podría funcionar un detector tan pequeño, hecho de barras de apenas unas decenas de centímetros de largo. Una onda gravitatoria debería generar una corriente de unos pocos femtoamperes, un nivel que podría ser detectable con equipos comerciales.

El ruido, sin embargo, podría ser un problema. Pero Gulian y sus colegas dicen que si se conoce de antemano la frecuencia de las oscilaciones, puede filtrarse gran parte del ruido. Además, el detector podría colocarse dentro de una vasija magnética para apantallar el ruido magnético.

Es una idea interesante que parece que podría ser considerablemente más barata y simple que la próxima generación de herramientas basadas en láser que están siendo diseñadas actualmente para futuras misiones espaciales, tales como LISA (Antena Espacial de Interferómetro Láser). Merece la pena observarlo en más detalle.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1111.2655: : Superconducting Antenna Concept for Gravitational Wave Radiation

Fecha Original: 15 de noviembre de 2011
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