¿Partículas cuánticas que se comportan como ondas gravitacionales?

Cuando dos agujeros negros colisionan, el espacio y el tiempo se agitan y se propagan ondas gravitacionales, como ondas en un estanque al que se ha arrojado una piedra. Estas ondas gravitacionales, predichas por Einstein en 1916, fueron observadas por primera vez por el observatorio de ondas gravitacionales LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en septiembre de 2015. Observar ondas gravitacionales es una hazaña tecnológica tremendamente complicada: para detectar una onda gravitacional del tamaño del sistema solar, hay que medir cambios de longitud menores que el diámetro de un núcleo atómico.

Un enfoque alternativo consiste en explorar fenómenos en la Tierra que emulen a las ondas gravitacionales. Y esto es lo que han hecho recientemente unos investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), la Universidad de Tohoku y la Universidad de Tokio, en Japón todas estas instituciones.

La teoría de la relatividad general de Einstein cambió la concepción que la humanidad tenía del espacio y el tiempo. Nos enseñó que el espacio puede curvarse hasta formar un agujero negro y que puede vibrar, creando ondas que atraviesan el universo a la velocidad de la luz. Estas ondas gravitacionales contienen información muy importante sobre nuestro universo. El problema es que son muy difíciles de observar, tal como subraya Nic Shannon, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa y coautor del estudio.

Para hacer frente a este reto, se construyeron observatorios de ondas gravitacionales como el LIGO en EE.UU., el interferómetro Virgo en Europa y el Detector de Ondas Gravitacionales de Kamioka (KAGRA) en Japón. Pero incluso con estos instrumentos, cuyo tamaño se mide en kilómetros, solo es posible detectar ondas gravitacionales procedentes de acontecimientos astronómicos sumamente violentos, como la colisión entre agujeros negros.

Los investigadores, encabezados por Leilee Chojnacki del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, se percataron de que un fenómeno cuántico que habían estado estudiando en el contexto de imanes y átomos fríos en el laboratorio podría proporcionar un análogo exacto de las ondas gravitacionales.

Chojnacki y sus colegas idearon un método para simular ondas gravitacionales en el laboratorio mediante un condensado cuántico de átomos ultrafríos (un condensado de Bose-Einstein).

Recreación artística de condensados de Bose-Einstein y una onda gravitacional. (Imagen: Jorge Munnshe para NCYT de Amazings)

En su estudio, Chojnacki y sus colegas han demostrado que es factible simular a la perfección ondas gravitacionales en el laboratorio mediante una clase especial de condensado de Bose-Einstein.

El estudio se titula “Gravitational wave analogs in spin nematics and cold atoms”. Y se ha publicado en la revista académica Physical Review B. (Fuente: NCYT de Amazings)