interferometría de ondas gravitacionales

Los dos estados del átomo de estroncio son como dos gemelos que corren por la misma pista, pero uno va ligeramente más alto que el otro. Normalmente, la luz que se usa para controlar los átomos empuja a un gemelo con más fuerza y al otro con menos. Aquí se eligió una longitud de onda de 813 nanómetros, 'mágica', en la que ambos reciben el mismo empujón.

La luz que atraviesa un vaso de agua turbia se debilita: parte de ella se absorbe. Así funcionan muchos instrumentos para analizar líquidos: miden cuánta luz se ha perdido y, con ello, deducen la composición. Pero si el líquido no es homogéneo, como una sopa con tropezones, un solo número no basta: hay que saber dónde se absorbió más.

Los detectores de ondas gravitacionales se parecen a oídos muy sensibles: captan el temblor del espacio cuando, en algún lugar del universo, chocan agujeros negros o estrellas de neutrones. Pero incluso los mejores «oídos» no oyen todo. El nuevo proyecto LIGO A# es como cambiar el tímpano por una membrana más fina y sensible.

Una partícula cuántica puede ser una onda y atravesar dos caminos a la vez. Pero si algo 'espía' por cuál camino ha ido, la onda desaparece. Este efecto se conoce como pérdida de interferencia. Normalmente, los responsables de espiar son los fotones o las moléculas de aire.

Estás escuchando un lejano susurro de las estrellas, y a tu lado alguien no deja de mover una silla. En los telescopios de ondas gravitacionales, ese papel lo desempeña la luz dispersa: se refleja en superficies vibrantes y crea señales falsas.

En pos de las ondas gravitacionales — ondulaciones del espacio-tiempo dejadas por agujeros negros y estrellas de neutrones — detectores como LIGO bombean sus brazos con luz de una potencia cegadora.

Las antenas espaciales LISA y Taiji son tres satélites que viajan detrás de la Tierra alrededor del Sol, formando un triángulo con lados de millones de kilómetros. Miden cómo cambia la distancia entre ellos cuando pasa una onda gravitacional, como las ondas en un estanque al lanzar una piedra.

Dos micrófonos sensibles escuchan el universo. Uno oye un zumbido grave, el otro casi nada. No es que estén averiados, sino cómo están orientados. Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO no solo captan los estallidos fuertes de las fusiones de agujeros negros.

Los cables submarinos de internet que envuelven el planeta funcionan como un oído gigante. La fibra de vidrio en su interior responde a los movimientos del agua: las corrientes, las mareas y los terremotos lejanos curvan el cable.

Un intérprete graba una conversación de muchas horas. Si intenta retener todo el diálogo en la cabeza, al final inevitablemente tergiversará detalles. Más o menos así funcionan los observatorios de ondas gravitacionales: escuchan la «conversación» de cuerpos masivos que se acercan en espiral.

El universo está impregnado de una sustancia invisible: la materia oscura ultraligera, que no choca con la materia ordinaria pero puede temblar como una cuerda tensa. Sus vibraciones alteran las propiedades más fundamentales: la carga del electrón, la velocidad de la luz, como si la afinación de una nota cósmica fluctuara ligeramente.

Los detectores LIGO, Virgo y KAGRA funcionan como micrófonos gigantes, escuchando las ondas gravitacionales, las vibraciones del propio espacio. El nuevo catálogo GWTC-5.0 ha registrado 161 fusiones de agujeros negros, elevando la cuenta total a 390 eventos.

Imagina un globo inflable gigante con galaxias dibujadas: al inflarse, el dibujo se estira y los puntos vecinos se alejan entre sí. La velocidad de ese estiramiento es la constante de Hubble. Normalmente, los astrónomos captan la luz de estrellas lejanas y observan cuánto se ha enrojecido debido a la expansión del espacio.

Dos haces de luz recorren un anillo cerrado en direcciones opuestas. Dado que la velocidad de la luz es inmutable, cuando el anillo gira, uno de los haces tiene que alcanzar un objetivo que se desplaza, mientras el otro avanza más rápido. Su encuentro crea un patrón que permite determinar la velocidad de rotación de todo el sistema.

Después de que Paul Dirac predijera teóricamente la antimateria, los físicos buscan las más mínimas diferencias entre partículas y sus antipartículas.

La masa de un bizcocho está llena de pasas diminutas. Si la masa es homogénea, todas las pasas se hinchan por igual y el bizcocho queda uniforme. Pero si la masa tiene grumos — unas zonas más dulces, otras más insípidas—, las pasas se distribuyen de manera desigual: en unos sitios habrá muchas y en otros, ninguna.

La teoría de la gravedad de Einstein explica cómo la masa hace que el espacio y el tiempo se curven. La fidelidad de estas ideas se ha comprobado cerca de la Tierra, pero las pruebas más rigurosas son posibles cerca de los agujeros negros, donde las distorsiones alcanzan el límite.

El péndulo oscila con tal precisión que, si hubiera estado contando los segundos desde el Big Bang, hoy se habría desviado solo medio segundo. Esa es la estabilidad del nuevo láser ultravioleta portátil, el corazón de los relojes atómicos de aluminio.

Un aparato de rayos X con rejillas no toma una, sino tres imágenes a la vez: una radiografía normal, un mapa de las curvaturas invisibles del haz y una imagen de las microestructuras que dispersan la luz. Juntas permiten detectar, por ejemplo, enfisema o fibrosis pulmonar. Pero hay un inconveniente: para separar esas tres capas se necesita un truco matemático.

Las ondas de radio de un estallido de rayos gamma —la muerte de una estrella masiva que por un instante eclipsa a su galaxia— nos llegan polarizadas, oscilando en un solo plano, como la aguja de una brújula inmovilizada en un campo magnético. Los astrónomos han leído por primera vez las indicaciones de esta aguja cósmica.

Una diminuta cuenta de vidrio flota en un rayo láser como una mota de polvo en la luz del sol. A su alrededor hay un gas enrarecido: átomos de criptón, xenón y pesadas moléculas de hexafluoruro de azufre. Chocan contra la cuenta, y cada impacto le transmite un diminuto impulso, como un guisante lanzado contra una sábana tensa que la hace vibrar.

Un gravímetro atómico funciona como una balanza de precisión para la fuerza de gravedad: lanza una nube de átomos y observa con qué rapidez caen. Pero estos instrumentos tienen una interferencia oculta: la forma de la señal que emiten está ligeramente deformada.

Un estallido de rayos gamma es como un disparo de un cañón cósmico: un destello breve pero cegador que durante unos segundos eclipsa a una galaxia entera. Pero si lo observamos en el rango gamma más duro (fotones con energía superior a un gigaelectronvoltio), la señal a menudo se pierde en el ruido, como un susurro en una sala ruidosa.

Según la teoría de Einstein, los objetos masivos provocan curvatura del espacio-tiempo, como una pesada bola que hunde una lámina de goma. Al acelerar, generan ondas — ondas gravitacionales, similares a los círculos que hace una piedra al caer en un estanque.

Una cuerda de guitarra, al ser pulsada, vibra — y el aire a su alrededor transmite esa vibración al oído. El espacio-tiempo vibra de otra manera: cuando una onda gravitacional lo atraviesa, se estira y se comprime ligeramente.

Las ondas gravitacionales son el temblor del propio espacio, que generan, por ejemplo, los agujeros negros en colisión. Para escuchar ese temblor se construyen instalaciones gigantes con forma de L: el rayo láser recorre los dos brazos, se refleja en los espejos y regresa.

La teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general — casi no se encuentra con la física cuántica en experimentos directos. Aquí los científicos construyeron sobre una mesa un laberinto de vidrio de 50 kilómetros y lanzaron fotones individuales.