Un observatorio de ondas gravitacionales operando más allá del límite de ruido cuántico


Vista del edificio central de GEO600

11 de septiembre de 2011 - Los actuales detectores de ondas gravitacionales de última generación buscan detectar ondas gravitacionales mediante la observación de patrones de interferencia producidos por la combinación de dos fuentes de luz coherentes. Su diseño básico es un interferómetro láser tipo Michelson a escala kilométrica, en el que un haz de luz dentro de un sistema de vacío ultra-alto se separa primeramente en dos brazos perpendiculares y luego se refleja en espejos suspendidos a fin de producir una interferencia. Se espera que las ondas gravitacionales varíen la longitud relativa de los dos brazos de acuerdo a una secuencia bien definida, dando lugar a patrones de interferencia en la salida del detector. La información sobre la fuente y la naturaleza de las ondas gravitacionales está codificada en estos patrones de luz. Actualmente existe una red global de observatorios interferométricos de ondas gravitacionales que comprende los dos observatorios LIGO en EEUU (fuera de funcionamiento desde noviembre de 2010 debido a trabajos de mejora), el projecto Virgo del Observatorio Gravitacional Europeo en Italia y el detector germano-británico GEO600 en Alemania. Otros observatorios están siendo planeados o propuestos en Japón, Australia y Europa.

La luz sigue las leyes de la mecánica cuántica. Debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, los cuantos de luz (fotones) exhiben una indeterminación cuántica intrínseca. Las fluctuaciones cuánticas de la luz láser en los interferómetros de ondas gravitacionales producen por tanto un indeseado ruido instrumental ''de disparo'', incluso cuando la señal del instrumento se mide con un fotodetector ideal. Avances recientes en la teoría y aplicación de medidas cuánticas han descubierto que existen ciertos estados cuánticos de la luz con muy bajos niveles de ruido. En particular, los estados de ''luz comprimida'' (''squeezed light'') muestran un nivel de ruido incluso menor al ruido mínimo de la luz incoherente formada for fotones independientes. El bajo ruido de la luz comprimida la hace muy atractiva para muchas aplicaciones, desde comunicaciones ópticas a criptografía cuántica y detección de ondas gravitacionales. La luz comprimida puede ser generada mediante cristales ópticos no lineares y fue demostrada por primera vez en 1985. Desde la primera observación, las fuentes de luz comprimida han mejorado constantemente, pero conseguir la compresión permanecía como un problema no resuelto a las frecuencias a las que operan los detectores de ondas gravitacionales. Los resultados aquí presentados por la colaboración GEO600 muestran que la luz comprimida puede integrarse con éxito en los observatorios de ondas gravitacionales presentes y futuros, y puede convertirse en una tecnología fundamental para hacer realidad la astronomía de ondas gravitacionales.

Leer más:

- Artículo en Nature
- Proyecto GEO600
- Observatorio Gravitacional Europeo
- Introducción a la luz comprimida en la página del AEI (en inglés)