A busca continua para detectar a primeira evidência de ondas gravitacionais viajando ao redor do cosmos. Caso uma onda gravitacional passe pelo volume do espaço-tempo em torno da Terra, em teoria o raio laser detectará uma pequena alteração à medida que a onda que passa altera ligeiramente a distância entre os espelhos. Vale a pena notar que essa pequena mudança será pequena; tão pequeno que o LIGO foi projetado para detectar uma flutuação na distância inferior a um milésimo da largura de um próton. Isso é impressionante, mas poderia ser melhor. Agora, os cientistas pensam que encontraram uma maneira de aumentar a sensibilidade do LIGO; use as estranhas propriedades quânticas do fóton para "espremer" o feixe de laser, para obter um aumento na sensibilidade ...
O LIGO foi projetado por colaboradores do MIT e Caltech para procurar evidências observacionais de ondas gravitacionais teóricas. Pensa-se que as ondas gravitacionais se propagam por todo o Universo à medida que objetos massivos perturbam o espaço-tempo. Por exemplo, se dois buracos negros colidirem e se fundirem (ou colidirem e se afastarem), a teoria da relatividade geral de Einstein prevê que uma onda será enviada por todo o tecido do espaço-tempo. Para provar que as ondas gravitacionais existem, um tipo totalmente diferente de observatório precisava ser construído, não para observar as emissões eletromagnéticas da fonte, mas para detectar a passagem dessas perturbações que viajam pelo nosso planeta. O LIGO é uma tentativa de medir essas ondas e, com um custo gigantesco de US $ 365 milhões, há uma enorme pressão para que a instalação descubra a primeira onda gravitacional e sua fonte (para obter mais informações sobre o LIGO, consulte "Escutando" ondas gravitacionais para rastrear buracos negros) Infelizmente, após vários anos de ciência, nenhum foi encontrado. Isso ocorre porque não há ondas gravitacionais por aí? Ou o LIGO simplesmente não é sensível o suficiente?
A primeira pergunta é respondida rapidamente pelos cientistas do LIGO: é necessário mais tempo para coletar um período mais longo de dados (é preciso haver mais "tempo de exposição" antes que as ondas gravitacionais sejam detectadas). Também existem fortes razões teóricas para a existência de ondas gravitacionais. A segunda pergunta é algo que os cientistas dos EUA e da Austrália esperam melhorar; talvez o LIGO precise de um aumento na sensibilidade.
Para tornar os detectores de ondas gravitacionais mais sensíveis, Nergis Mavalvala, líder dessa nova pesquisa e físico do MIT, concentrou-se nos muito pequenos para ajudar a detectar os muito grandes. Para entender o que os pesquisadores esperam alcançar, é necessário um breve curso intensivo sobre a “imprecisão” quântica.
Detectores como o LIGO dependem de tecnologia laser altamente precisa para medir perturbações no espaço-tempo. À medida que as ondas gravitacionais viajam pelo Universo, elas causam pequenas mudanças na distância entre duas posições no espaço (o espaço está sendo "distorcido" por essas ondas). Embora o LIGO tenha a capacidade de detectar uma perturbação menor que um milésimo da largura de um próton, seria ótimo se uma sensibilidade ainda maior fosse adquirida. Embora os lasers sejam inerentemente precisos e muito sensíveis, os fótons a laser ainda são governados pela dinâmica quântica. Como os fótons a laser interagem com o interferômetro, há um grau de imprecisão quântica, o que significa que o fóton não é um ponto pontiagudo, mas um pouco borrado pelo ruído quântico. Em um esforço para reduzir esse ruído, Mavalvala e sua equipe conseguiram "espremer" fótons a laser.
Os fótons a laser possuem duas quantidades: fase e amplitude. A fase descreve a posição dos fótons no tempo e a amplitude descreve o número de fótons no feixe de laser. Neste mundo quântico, se a amplitude do laser for reduzida (removendo parte do ruído); incertezas quânticas na fase do laser aumentarão (adicionando algum ruído). É nessa troca que essa nova técnica de compressão se baseia. O importante é a precisão na medição da amplitude, não na fase, ao tentar detectar uma onda gravitacional com lasers.
Espera-se que essa nova técnica possa ser aplicada às instalações de LIGO de vários milhões de dólares, possivelmente aumentando a sensibilidade do LIGO em 44%.
“O significado deste trabalho é que nos forçou a enfrentar e resolver alguns dos desafios práticos da injeção de estado espremida - e há muitos. Agora estamos muito melhor posicionados para implementar o aperto nos detectores de escala de quilômetros e capturar essa onda gravitacional indescritível. ” - Nergis Mavalvala.
Fonte: Physorg.com
