Sensor cuántico avanzado para materia oscura y ondas gravitacionales

Un prototipo de sensor cuántico ha demostrado, por primera vez, que un principio clave de los detectores cuánticos de próxima generación funciona en condiciones reales.

Esto representa un gran avance hacia la construcción de sensores cuánticos a gran escala, capaces de detectar ondas gravitacionales del universo primitivo y señales delatadoras de formas exóticas de materia oscura.

El nuevo sensor ha sido desarrollado y probado por un equipo que incluye, entre otros, a Charles Baynham y Thomas Walker, del Imperial College de Londres en el Reino Unido.

Conocer a fondo la composición del universo e identificar nuevas fuentes de ondas gravitacionales siguen siendo grandes desafíos de la física moderna.

Ambos objetivos requieren medir señales muy débiles que pueden perderse fácilmente entre el ruido de fondo. Encontrar métodos fiables para detectarlas es esencial para explorar aspectos del universo inaccesibles para la tecnología observacional actual.

Los interferómetros atómicos de gran base se perfilan como una de las herramientas más prometedoras para lograr esos objetivos. Funcionan mediante láseres que dividen nubes de átomos y luego las vuelven a unir, permitiendo medir con extrema precisión cambios mínimos en su movimiento.

Estos experimentos se basan en comparar el comportamiento de dos nubes de átomos situadas en diferentes lugares y leídas por el mismo láser. Cualquier diferencia entre ambas podría indicar señales previamente ocultas, como la presencia de un campo de materia oscura.

Sin embargo, la técnica se enfrenta a un gran desafío. El láser utilizado para el proceso produce un ruido de fase mucho mayor que las señales que los investigadores intentan medir. Si no se corrige, este ruido enmascara por completo esos posibles efectos.

Para superar esto, se propuso un enfoque distinto, que incluye comparar dos interferómetros de manera que el ruido compartido se cancele. Ya se vio que este método podría ser la base para detectores de nueva generación, pero nunca se había podido demostrar el correcto funcionamiento del proceso bajo condiciones del mundo real, algo que por fin han conseguido ahora Baynham y sus colegas.

En su reciente investigación, han demostrado un modo idóneo de comparar las lecturas de dos interferómetros atómicos de gran base para cancelar el ruido generado por cada uno de ellos.

La pequeña esfera brillante en el centro de esta cámara es una nube de átomos a una temperatura cercana al cero absoluto, que levitan gracias a la luz láser azul. En el experimento, estos átomos se enfriaron aún más antes de pasar a servir de diminutos sensores, capaces de detectar ondas gravitacionales y materia oscura. (Foto: Thomas Walker / Imperial College London)

El estudio se titula “A prototype differential atom interferometer for fundamental physics”. Y se ha publicado en la revista académica Nature. (Fuente: NCYT de Amazings)