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Cómo las láminas superconductoras podrían reflejar ondas gravitacionales
Las ondas gravitacionales son las esquivas distorsiones en el espacio-tiempo creadas por los eventos más violentos del universo: colisiones entre agujeros negros, estrellas que explotan e incluso el propio Big Bang.
Nadie ha conseguido un avistamiento confirmado de estas olas, pero eso puede cambiar gracias a una idea intrigante de Raymond Chiao y sus amigos de la Universidad de California, Merced. Proponen la existencia de un nuevo tipo de espejo que refleja ondas gravitacionales e incluso puede convertirlas en ondas electromagnéticas.
Primero, algunos antecedentes. Los físicos teóricos han notado desde hace mucho tiempo que, en determinadas circunstancias, las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, que predicen la existencia de ondas gravitatorias, tienen una notable similitud con las ecuaciones de Maxwell que describen el comportamiento de la radiación electromagnética. Esa es una pista importante para comprender cómo se comportan las ondas gravitacionales, dice Chiao.
Señala el caso específico en el que una fina película superconductora refleja ondas electromagnéticas. Si eso funciona para ondas em, entonces las matemáticas indican que también debe funcionar para ondas gravitacionales.
Aquí está el pensamiento. Una onda gravitacional se extiende y aprieta el espacio a medida que se mueve por el universo. Cualquier objeto en su camino parecerá aplastado y estirado de la misma manera, las partículas dentro de este objeto se moverán con el espacio distorsionado en una trayectoria específica (llamado movimiento geodésico).
La nueva idea surge de considerar qué le sucede a una lámina superconductora cuando pasa una onda gravitacional. Los pares de Cooper dentro de la hoja son objetos cuánticos gobernados por el principio de incertidumbre y, por lo tanto, no pueden tener una trayectoria específica: están completamente deslocalizados. Por otro lado, los iones que forman la estructura cristalina del superconductor no están deslocalizados y, por lo tanto, pueden moverse a lo largo de una trayectoria geodésica cuando pasa una onda gravitacional.
Esta es la base sobre la cual una onda gravitacional puede interactuar con una lámina superconductora. La deslocalización cuántica hace que los pares de Cooper de un superconductor experimenten un movimiento no geodésico en relación con el movimiento geodésico de su red iónica, dicen Chiao y sus amigos.
Especulan que esta diferencia en el movimiento hace que la hoja absorba energía de la onda gravitacional y luego la vuelva a irradiar como una onda gravitacional que viaja en la dirección opuesta, en otras palabras, reflexión especular.
Se trata de una afirmación extraordinaria que necesita más investigación, sobre todo porque hay bastante desacuerdo sobre el enlace GR-Maxwell en primer lugar.
Sin embargo, Chiao y compañía van aún más lejos al terminar su artículo con esto:
Esto implica que dos esferas superconductoras cargadas y levitadas en equilibrio mecánico estático, de modo que su repulsión Coulombic equilibre su atracción newtoniana, deberían ser un transductor eficiente para convertir ondas EM en ondas GR y viceversa. Por lo tanto, debería ser práctico realizar un experimento similar al de Hertz en el que un transmisor y un receptor de microondas GR se construyen utilizando dos de estos transductores.
Entonces, un par de esferas superconductoras levitantes actuarían como una antena para las ondas gravitacionales y las convertirían en ondas electromagnéticas.
¿Por qué esperar a LIGO? ¿Cuál es la apuesta de que las esferas superconductoras pueden hacer la detección primero?
Ref: arxiv.org/abs/0903.0661: ¿Existen espejos para ondas gravitacionales?