¿Qué son las ONDAS GRAVITACIONALES?Premio Nobel de Física 2017

AVISO: ESTE POST ES MÁS EXTENSO DE LO NORMAL. SI TE DA PEREZA VE A LA PARTE QUE MÁS TE INTERESE. EL TEXTO SE DIVIDE EN TRES PARTES : LA HISTORIA DETRÁS DEL EXPERIMENTO, EL EXPERIMENTO Y QUÉ ES UNA ONDA GRAVITACIONAL.

El pasado martes 3 de octubre se otorgaba el Premio Nobel de Física al trío encabezado por Rainer Weiss, que se lleva la mitad del premio, Kip Thorne y Barry Barish. Acto seguido de conocer el resultado abrí una encuesta en Instagram para saber si os interesaría leer sobre el tema o en su lugar tratar sobre otro tema de actualidad como la misión a Marte  2020. El resultado fue un empate :). Creo que con este post podemos enfocar el tema de las ondas gravitacionales desde un punto de vista diferente.

¿Por qué se les da ahora y en qué consiste su trabajo?

La primera detección de ondas gravitacionales se produjo a finales del verano de 2015 y anunciadas a comienzos del año siguiente. El proceso de verificación de que en realidad se tratase de este tipo de ondas produjo que el hallazgo no pudiese presentarse a los premios Nobel de 2016 de forma que lo han recibido “con un año de retraso”.

Por un lado tenemos que decir que el premio es por “la detección” pues este fenómeno fue predicho por las ecuaciones de la Relatividad General (1915). El papel diferencial de estos científicos es el de idear el experimento para atrapar estas arrugas del espaciotiempo: Weiss y Barish dirigieron el proyecto del LIGO (acrónimo de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) mientras que el papel de Thorne era el de desarrollar las matemáticas necesarias para analizar los datos recogidos.

gráfica_ondas_gravitacionales
Posiblemente la gráfica más cara de la historia

En mi opinión el mayor mérito de estos físicos es haber convencido a las personas necesarias (la gente con el dinero) y hacerles ver que era necesario la construcción de un experimento cuya idea nació en 1984 y su construcción acabó veinte años después por un valor de 365 millones de dólares. Si todas estas dificultades no fuesen suficientes, en su primer perIodo de funcionamiento hasta 2010 no se obtuvo ningún resultado.

La respuesta de sus dirigentes no fue dejar de lado el proyecto sino la mejora de las instalaciones. Finalmente se pudo medir lo que llevaban buscando tanto tiempo, una perturbación del espaciotiempo del orden de 10^-18 metros ( mil veces más pequeña que un protón) causada por la fusión de dos agujeros negros.

¿Cómo son las instalaciones del LIGO y en qué consiste el experimento?

Las dos instalaciones que conforman el experimento se encuentran en dos puntos alejados en Estados Unidos, uno en el estado de Luisiana y el otro en Washington. Los dos edificios son idénticos y el propósito de la duplicidad es evitar las falsas detecciones. Actualmente existe un proyecto similar en Italia (recibe el nombre de Virgo) y se están produciendo detecciones triples.

experimento_ligo
Posiblemente el experimento más sofisticado (y caro) de la historia

De una manera muy simplificada se podría explicar el proceso de la siguiente forma:

  1. En el Universo se produce un fenómeno muy violento (una gran hostia cósmica) como el choque de dos agujeros negros muy masivos provocando el estremecimiento del espaciotiempo. Este eco se propaga hasta llegar a la Tierra y “provocar un ligero abombamiento”.
  2. En el edificio de la imagen superior se está continuamente emitiendo un rayo láser por cada uno de sus brazos el cual rebota porque al final hay un espejo. Si no sucede ninguno de estos fenómenos violentos el láser viaja una y otra vez con normalidad.
  3. Si por el contrario la Tierra está sufriendo la recepción de una de estas ondas, el espejo de uno de los brazos sufrirá el efecto de la onda provocando que el viaje del rayo láser de uno de los brazos no sea igual al del otro. 
  4. El análisis de esta diferencia en el recorrido del láser en ambos brazos es lo que se consideraría la detección en sí.

La medida es tan efímera que el edificio debe estar aislado de toda perturbación sísmica, el paso de trenes próximos incluso el paso de un perro caminando alrededor.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Para esta explicación vamos a echar mano de un par de analogías del campo gravitatorio, comparándolo con el campo electromagnético y con un mantel.
Lo primero que debemos saber es que la visión que dio Eintein al espaciotiempo es diferente de la mostrada por Newton. En el espaciotiempo newtoniano tu podías pasear y hacer todo lo que quisieras que de ninguna forma afectaría al paisaje.En contraposición, el físico alemán introdujo el concepto de espaciotiempo como un objeto físico más, con el cual podemos interactuar, se puede deformar e incluso “sacudirlo”.

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Espaciotiempo

Aquí entra la primera analogía, compararemos el campo gravitatorio con el campo electromagnético. Las ondas generadas por la excitación de este campo son las ondas electromagnéticas y en función de la frecuencia con la que oscilen las conocemos como radio, ultravioleta, luz visible, … La visión de esta excitación en forma de partícula se llama fotón y se puede entender como el pellizco más pequeño que se le puede dar a este campo.

 

 

Una excitación del campo se puede presentar como onda o como partícula.

Siguiendo con la otra comparación entre el campo gravitatorio y un mantel lleno de migas diríamos que si sacudimos el mantel (una gran hostia cósmica) generaríamos que este se arrugase ,provocando ondas gravitacionales, y en esta sacudida saltarían las migas, que las podríamos llamar gravitones.

Aquí está uno de los puntos más importantes del avance. Este tipo de partícula llamada gravitón, que aún no se ha encontrado (en el caso de existir), sería pieza clave de una Teoría del Todo que dejaría a todos los físicos en paro pues explicaría todos los fenómenos naturales con una sola teoría.

«El universo no solo tiene una historia, sino cualquier historia posible»

S.Hawking

 

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