Luz comprimida dobra capacidade de detecção de ondas gravitacionais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/12/2024

Foto da fonte de luz comprimida instalada na câmara de vácuo do LIGO (a câmara estava aberta para a instalação).
[Imagem: Wenxuan Jia/MIT]

Sinergia

Se, na virada deste século, você falasse sobre ondas gravitacionais ou sobre luz comprimida, poucos entenderiam sobre o que você estaria falando - na verdade, mesmo muito cientistas torciam o nariz para esses dois tipos de ondas.

Agora, porém, as duas coisas, já bem estabelecidas, estão se juntando, e as ondas de luz comprimida vão ajudar a melhorar significativamente a detecção das ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais foram detectadas pela primeira vez em 2015 por laboratórios especiais de dimensões quilométricas, como o LIGO e VIRGO, que funcionam dividindo um feixe de laser e enviando cada um por dois longos túneis perpendiculares entre si e, em seguida, devolvendo-os usando espelhos.

Quando calha de uma onda gravitacional passar pelo túnel, vinda de onde quer que seja, ela deforma o espaço-tempo, o que gera uma variação no tempo em que a luz do laser vai e volta. Essas diferenças mínimas são evidências diretas das ondas gravitacionais.

A luz comprimida, que é uma tecnologia que essencialmente miniaturiza a luz, emergiu quase ao mesmo tempo e consiste em reduzir a amplitude das ondas de luz, ou flutuações de fase, abaixo do nível permitido para a radiação eletromagnética clássica.

Quando a luz é comprimida, diminui-se o impacto do ruído sobre as ondas, o que permite fazer medições mais precisas - das ondas gravitacionais, por exemplo.

Visão parcial do longo braço de luz do LIGO, dentro do qual a luz vai e volta por 4km.
[Imagem: Wenxuan Jia et al. - 10.1126/science.ado8069]

Nova ciência

Desde que os detectores como o LIGO e o VIRGO foram construídos, os cientistas sabem que determinar a diferença entre ondas gravitacionais reais e meras oscilações aleatórias na luz pode ser problemático. A luz constitui o que os físicos chamam de "campo quântico", que não apenas sofre influências ambientais difíceis de limitar, como também possui fenômenos emergentes difíceis de prever e isolar. Como seria de esperar, tudo isso dificulta melhorar a sensibilidade das medições.

Agora Wenxuan Jia e seus colegas construíram um aparato de luz comprimida projetado para se encaixar perfeitamente nos longos braços de luz do detector VIRGO. O aparato substituirá a luz comum por luz comprimida, dobrando a sensibilidade do laboratório.

O detector recebeu um conjunto de novos espelhos, diversas lentes e um cristal especialmente projetado para torcer a luz do laser que vai e volta ao longo do braço de quatro quilômetros. Esse aparato "espreme" a luz nos feixes, deixando-a em um estado quântico preciso, o que resultou em uma redução significativa da cintilação, que tem o papel de um "ruído" que atrapalha as medições.

Além do ganho de precisão, os testes iniciais mostraram que as melhorias agora ajudam a detectar ondas gravitacionais adicionais tanto de baixa quanto de alta frequência.

As melhorias tiveram o que a equipe descreve como um "efeito impressionante", mais do que dobrando o número de ondas gravitacionais detectadas. E isso, observam os pesquisadores, permite estudar partes maiores do Universo. Na verdade, eles suspeitam que as melhorias permitirão uma nova ciência, como o estudo de buracos negros que se fundiram quase desde a época da formação das primeiras estrelas.

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