Cómo los superconductores pueden detectar ondas gravitatorias

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
Enlace Original

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Comments (11)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado el 15 de noviembre de 2011 en The Physics Arvix Blog Barras de metal superconductor podrían revolucionar la detección de ondas gravitatorias. Las ondas gravitatorias son vibraciones en el tejido del espacio…..

  2. Oscar

    Hola Manuel,

    Hay un pequeño error tipográfico. En vez de Arvix, es Arxiv.

    Un saludo

  3. TORRENTBOY

    ¿JURL….?,JA,JA,JA,JA…..

  4. alb.

    Interesante… lo mejor es que parece sencillo y barato.
    Asi que en pocos años deberiamos saber si funciona.

  5. Belen_Esteban

    Pues yo quiero comprarme uno para navidad!!! Como mola.

  6. [...] entre agujeros negros e incluso en el momento de la propia creación, el Big Bang. En español http://www.cienciakanija.com/2011/11/30/como-los-superconductores-pueden-dete etiquetas: superconductores, ondas gravitatorias, detector negativos: 0   usuarios: [...]

  7. [...] Fuente Share this:Correo electrónicoTwitterFacebookLinkedInLike this:LikeBe the first to like this post. [...]

  8. Simio

    Me preocupa que pueda haber disipación de energía, en sismología y acústica se sabe que las ondas acústicas son absorbidas y disipadas por las rocas, el agua y el aire, los materiales absorben la energía de las ondas acústicas, y después la disipan en forma de ondas electromagnéticas (por la agitación de los electrones de los átomos), ya sea en forma de calor (infrarrojo-microondas) o en forma de ondas de radio; el grado de esta absorción, y el tipo de disipación depende de la naturaleza de las rocas y de la energía y frecuencia de las ondas.

    La banda de frecuencia de las ondas gravitacionales es mas o menos la misma que la de las ondas sísmicas y acústicas, así que me preocupa que las ondas gravitacionales al entrar en contacto con la materia (solida, líquida o gaseosa) se transduzca a energía electromagnética o lo que es peor a energía acústica y pierda así su potencia, al grado de incluso desvanecerse…

    Pero ojala que si se alcancen a detectar las ondas gravitacionales, porque sino, estaremos en serios problemas para comprender la realidad.

    • Simio

      Aquí hay algo raro, se esta implicando que una onda gravitacional se puede transformar en una onda electromagnética (corriente oscilante), lo mismo ocurre en los detectores de Joe Weber, él esperaba detectar ondas acústica en barras de aluminio, las ondas acústicas son producidas por la atracción-repulsión entre los electrones de átomos contiguos, es decir, es transmisión electromagnética por contacto. Si el gravitón existe, implicaría que el gravitón se transforma en fotón!

      El efecto del gradual acercamiento de la Luna y la Tierra (o Sol-Tierra), implicaría la emisión continua de ondas gravitacionales, porque el sistema pierde energía potencial gravitatoria, pero lo que se observa es que la energía se disipa en el fenómeno de las mareas, las mareas provocan disipación electromagnética (acústica-calorífica) debido al movimiento y deformación de las masas tanto terrestres como lunares (al grado de que actualmente se piensa en usar esta energía de las mareas marinas, para la generación de energía eléctrica), esa disipación de la energía gravitacional en energía motriz-electromagnética-acústica en el fenómeno de las mareas, es lo que hace que los cuerpos pierdan momento, se frenen mutuamente en su orbitación y que caigan uno sobre el otro…

      Tal ves las ondas gravitacionales son de muy corto alcance, ya que cualquier variación del espacio-tiempo, hace que la materia que existe en torno a ese sitio, irradie esas variaciones del espacio-tiempo como ondas electromagnéticas (ondas acústicas-> fotones), sobre todo si existen grandes cantidades de materia ionizada (como en el exterior de estrellas, estrellas de neutrones y agujeros negros), mientras mas ionizada, mayor facilidad de irradiar energía electromagnética y menor el alcance de las ondas gravitacionales.

      No se si estoy equivocado, es fácil creer en una idea, pero es muy difícil hacer que una idea concuerde con la realidad.

  9. Simio

    Por cierto, este es un artículo muy interesante acerca de como las ondas acústicas que emite el agujero negro supermasivo del cúmulo de galaxias de Perseo, podria estar calentando el gas circundante, el cual a su ves mantiene a dicho gas emitiendo rayos x, siendo que lo lógico sería esperar que ya se hubiese enfriado y ya hubiese formado estrellas, lo cual no parece estar sucediendo:

    http://www.espacial.org/astronomia/astrofisica/a_negros1.htm

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