Experimento muestra que las fluctuaciones cuánticas pueden mover objetos en la escala humana

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Por primera vez, un equipo dirigido por investigadores del Laboratorio MIT LIGO ha medido los efectos de las fluctuaciones cuánticas en los objetos a escala humana.

Resulta que el ruido cuántico en los detectores de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) es suficiente para mover los espejos grandes en 10-²º metros, un desplazamiento que fue predicho por la mecánica cuántica para un objeto de este tamaño, pero que nunca antes se había medido.

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“Un átomo de hidrógeno mide 10-¹º metros, por lo que este desplazamiento de los espejos es para un átomo de hidrógeno lo que un átomo de hidrógeno es para nosotros, y lo medimos“, dice Lee McCuller, científico investigador del Instituto Kavli de Astrofísica y Espacio del MIT Investigación.

En un artículo publicado en Nature, los investigadores informan haber observado que las fluctuaciones cuánticas, por pequeñas que sean, pueden “patear” un objeto tan grande como los espejos de 40 kilogramos del Observatorio de ondas gravitacionales del LIGO, haciendo que se muevan en un pequeño grado, que el equipo pudo medir.

Los investigadores utilizaron un instrumento especial que diseñaron, llamado exprimidor cuántico, para “manipular el ruido cuántico del detector y reducir sus patadas hacia los espejos, de una manera que finalmente podría mejorar la sensibilidad de LIGO en la detección de ondas gravitacionales“, explica Haocun Yu, un estudiante graduado de Física en el MIT.

“Lo especial de este experimento es que hemos visto efectos cuánticos en algo tan grande como un ser humano“, dice Nergis Mavalvala, jefe asociado del departamento de física del MIT.

“Nosotros también, cada nanosegundo de nuestra existencia, estamos siendo golpeados, golpeados por estas fluctuaciones cuánticas. Es solo que el nerviosismo de nuestra existencia, nuestra energía térmica, es demasiado grande para que estas fluctuaciones de vacío cuántico afecten nuestro movimiento de manera medible. Con los espejos en LIGO, hemos hecho todo este trabajo para aislarlos del movimiento impulsado térmicamente y de otras fuerzas, de modo que ahora sean lo suficientemente fuertes como para ser sacudidos por las fluctuaciones cuánticas y esta espeluznante palomitas de maíz del universo”.

A través de estas correlaciones cuánticas, el equipo pudo “exprimir” el ruido cuántico y el desplazamiento del espejo resultante, hasta un 70% de su nivel normal. Esta medida, por cierto, está por debajo de lo que se llama el límite cuántico estándar, que, en mecánica cuántica, establece que un número determinado de fotones o, en el caso de LIGO, un cierto nivel de potencia láser, generará un cierto mínimo defluctuaciones cuánticas que generarían una “patada” específica a cualquier objeto en su camino.

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Mediante el uso de luz comprimida para reducir el ruido cuántico en la medición LIGO, el equipo ha realizado una medición más precisa que el límite cuántico estándar, reduciendo ese ruido de una manera que finalmente ayudará a LIGO a detectar fuentes de ondas gravitacionales más leves y más distantes.

Yu, Mavalvala y McCuller son coautores del nuevo artículo, junto con la estudiante de posgrado Maggie Tse y la científica investigadora principal Lisa Barsotti en el MIT, junto con otros miembros de la Colaboración Científica LIGO.