Las ondas gravitacionales son pequeñas ondas en el espacio-tiempo causadas por poderosos eventos cósmicos como la colisión de agujeros negros. Hasta ahora, los científicos los han detectado midiendo cambios extremadamente pequeños en la distancia utilizando instrumentos masivos que abarcan kilómetros. Un nuevo estudio teórico, aceptado para publicación carta de revisión físicaProponer una estrategia muy diferente. Investigadores de la Universidad de Estocolmo, Nordita y la Universidad de Tübingen proponen observar cómo estas ondas alteran sutilmente la luz emitida por los átomos. Aunque el concepto es prometedor, aún no se ha probado experimentalmente.
Los átomos que absorben energía no permanecen excitados por mucho tiempo. Vuelven rápidamente a un estado de menor energía emitiendo luz a una determinada frecuencia, proceso conocido como emisión espontánea. Este comportamiento proviene de la interacción de los átomos con campos electromagnéticos cuánticos.
“Las ondas gravitacionales cambian el campo cuántico, lo que afecta a la emisión espontánea”, afirma Jerzy Paczos, estudiante de doctorado de la Universidad de Estocolmo. “Esta modulación puede cambiar la frecuencia de los fotones emitidos en comparación con el caso sin onda”.
Señales ocultas en luces direccionales.
Según los investigadores, las ondas gravitacionales no cambiarán la frecuencia con la que los átomos emiten luz. En cambio, cambiarán sutilmente la frecuencia de los fotones emitidos dependiendo de la dirección en la que viajan. Como la tasa total de emisiones sigue siendo la misma, este efecto hasta ahora ha pasado desapercibido.
El resultado será un patrón direccional distinto en el espectro de luz. Este patrón puede transportar información sobre la dirección y polarización de las ondas gravitacionales, proporcionando una forma de distinguir las señales reales del ruido de fondo.
Átomos fríos y detectores del futuro
La detección de ondas gravitacionales de baja frecuencia es un objetivo importante para futuras misiones espaciales. El equipo señala que los sistemas basados en relojes atómicos, que dependen de transiciones ópticas muy precisas, podrían resultar especialmente eficaces. Estos sistemas permiten largos tiempos de interacción, lo que hace que las configuraciones de átomos fríos sean un fuerte candidato para probar el concepto.
Una alternativa compacta a los instrumentos gigantes
Los investigadores compararon el átomo con un instrumento musical estático que generalmente suena igual en todas direcciones. Sin embargo, una onda gravitacional transitoria cambiará sutilmente la forma en que se escucha ese tono dependiendo de la dirección.
“Nuestros resultados pueden abrir un camino hacia la detección compacta de ondas gravitacionales, donde el acoplamiento atómico relevante es a escala milimétrica”, dijo Navdeep Arya, investigador postdoctoral de la Universidad de Estocolmo. “Se necesita un análisis exhaustivo del ruido para evaluar la viabilidad práctica, pero nuestras primeras estimaciones son prometedoras”.
Si se confirma, este enfoque podría conducir eventualmente a detectores mucho más pequeños y accesibles, proporcionando una nueva forma de observar los fenómenos más dramáticos del universo.
