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LIGO Miden por primera vez el movimiento de grandes objetos por el ruido cuántico

Los fenómenos microscópicos afectan a los aislados espejos del gigantesco detector de ondas gravitacionales LIGO.

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Un técnico comprueba uno o de los grandes espejos situados en los extremos del detector LIGO./MATT HEINTZE/CALTECH/MIT/LIGO LAB

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Y sin embargo se mueven. La famosa frase de Galileo se podría aplicar a los espejos del gigantesco instrumento LIGO, que hizo historia cuando detectó ondas gravitacionales por primera vez. Ahora, sus científicos han comprobado que el ámbito de la física cuántica no se reduce a lo muy pequeño, lo invisible e imperceptible, lo que supuestamente no afecta a cualquier objeto no microscópico. El omnipresente y constante ruido cuántico inherente al Universo se muestra en su especial ambiente de trabajo y consigue mover objetos macroscópicos de 40 kilogramos de peso, como son los espejos que contiene LIGO. Este efecto, que han podido medir, se produce a temperatura ambiente.

"Se trata de algo notable, porque estas fluctuaciones ocurren en unas escalas de tamaño que son comparables a las dimensiones de las partículas elementales", comentan Valeria Sequino y Mateusz Bawaj en la revista Nature, donde se publica el trabajo de los científicos de LIGO. El ruido cuántico, normalmente imperceptible pero siempre presente, incluso en el llamado vacío en el que trabaja LIGO, puede llegar a mover estos grandes espejos una distancia pequeñísima, de 10 a 20 metros. "Un átomo de hidrógeno mide 10 a -10 metros, así que el desplazamiento de los espejos es a un átomo de hidrógeno lo que un átomo de hidrógeno es a nosotros, y lo medimos", explica LeeMcCuller, investigadorkavli in del Instituto Kavli de Astrofísica y miembro del equipo del Instituto Tecnológico de Massachussetts (MIT) en LIGO.

Los científicos pretendían con su trabajo aumentar la sensibilidad de la instalación de LIGO situada en Louisiana (EEUU) y formada por dos túneles de cuatro kilómetros de longitud en angulo recto con espejos en los extremos. "Lo especial de este experimento es que hemos visto efectos cuánticos en algo que es tan grande como un ser humano", señala Nergis Mavalvala. "En cada nanosegundo de nuestra existencia a nosotros también nos mueven estas fluctuaciones cuánticas pero nuestra energía térmica es demasiado grande para que afecten a nuestros movimientos tanto que se pueda medir. Con los espejos de LIGO hemos trabajado mucho para aislarlos de las fuerzas térmicas y de otro tipo, así que están tan quietos que los mueven las fluctuaciones cuánticas, estas extrañas palomitas que explotan continuamente en el Universo".

De hecho, el desplazamiento de los espejos es algo que se ajusta a las predicciones de la mecánica cuántica para objetos de este tamaño pero nunca antes se había podido medir, informa el MIT.

Vista aérea del detector LIGO situado en Louisiana (EE UU). /LIGO

LIGO es un interferómetro excepcionalmente sensible que permite detectar las consecuencias de algunos de los acontecimientos más catastróficos en el Universo, como la fusión de dos agujeros negros, en forma de ondas gravitacionales. Ese fue su primer resultado, en 2015. Desde entonces ha observado varias fusiones más, tanto de agujeros negros como de estrellas de neutrones.

El detector funciona con luz laser y ya se sabe que la luz es tanto onda como partícula y que en las medidas de esta radiación se aplica el principio de incertidumbre de Heisenberg, por el cual no es posible medir la posición y el momento de un objeto de forma simultánea con precisión ilimitada. De ahí el intento de reducir lo más posible la incertidumbre en las medidas de LIGO para poder aumentar la sensibilidad y detectar más fenómenos.

Los científicos lo han conseguido al reducir el ruido cuántico con instrumentos nuevos y de paso han comprobado que la física cuántica no se aplica solo, a efectos prácticos, a lo muy pequeño. No está mal para un solo experimento, aunque luego haya habido que suspender el trabajo con el detector LIGO temporalmente por el coronavirus.