A primeira detecção direta de ondas gravitacionais, um fenômeno previsto pela teoria geral da relatividade de Einstein de 1915, foi relatado por cientistas em 2016.

Armado com esta "descoberta do século", físicos em todo o mundo vêm planejando novos e melhores detectores de ondas gravitacionais.

O físico Professor Chunnong Zhao e seus recentes alunos de PhD, Haixing Miao e Yiqiu Ma, são membros de uma equipe internacional que criou um novo design particularmente interessante para detectores de ondas gravitacionais.

O novo design é um verdadeiro avanço porque pode medir sinais abaixo de um limite que antes se acreditava ser uma barreira intransponível. Os físicos chamam esse limite de limite quântico padrão. É definido pelo princípio da incerteza quântica.

O novo design, publicado em Natureza revista esta semana, mostra que isso pode não ser mais uma barreira.

O uso desta e de outras novas abordagens pode permitir aos cientistas monitorar colisões de buracos negros e "spacequakes" em todo o universo visível.

Como funcionam os detectores de ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais não são vibrações viajando pelo espaço, mas sim vibrações do próprio espaço. Eles já nos falaram sobre uma população inesperadamente grande de buracos negros. Esperamos que um estudo mais aprofundado das ondas gravitacionais nos ajude a compreender melhor o nosso universo.

Mas as tecnologias de detectores de ondas gravitacionais provavelmente terão um significado enorme além deste aspecto da ciência, porque eles próprios nos ensinam como medir quantidades inacreditavelmente pequenas de energia.

Os detectores de ondas gravitacionais usam luz laser para captar pequenas vibrações do espaço criadas quando os buracos negros colidem. As colisões criam grandes explosões gravitacionais. São as maiores explosões conhecidas no universo, converter massa diretamente em vibrações de espaço puro.

É necessária uma grande quantidade de energia para fazer o espaço se curvar e ondular. Nossos detectores - dispositivos perfeitamente perfeitos que usam grandes espelhos pesados ​​com lasers assustadoramente poderosos - devem medir o espaço que se estende por um mero bilionésimo de bilionésimo de um metro na escala de quatro quilômetros de nossos detectores. Essas medições já representam a menor quantidade de energia já medida.

Mas para os astrônomos de ondas gravitacionais isso não é bom o suficiente. Eles precisam de ainda mais sensibilidade para serem capazes de ouvir muito mais "sons" gravitacionais previstos, incluindo o som do momento em que o universo foi criado no big bang.

É aqui que entra o novo design.

Uma ideia assustadora de Einstein

O novo conceito é baseado no trabalho original de Albert Einstein.

Em 1935, Albert Einstein e colegas de trabalho Boris Podolsky e Nathan Rosen tentaram depor a teoria da mecânica quântica, mostrando que ela previa correlações absurdas entre partículas amplamente espaçadas.

Einstein provou que se a teoria quântica estivesse correta, então pares de objetos bem espaçados poderiam ser emaranhados como duas moscas emaranhadas em uma teia de aranha. Estranhamente, o emaranhamento não diminuiu, por mais distantes que você permitisse que os objetos se movessem.

Einstein chamou o entrelaçamento de "ação fantasmagórica à distância". Ele tinha certeza de que sua descoberta acabaria com a teoria da mecânica quântica de uma vez por todas, mas não foi assim.

Desde a década de 1980, os físicos demonstraram repetidamente que o emaranhamento quântico é real. Por mais que ele odiasse, A previsão de Einstein estava certa e para seu desgosto, a teoria quântica estava correta. Coisas à distância podem ser emaranhadas.

Hoje os físicos se acostumaram com o "fantasma", e a teoria do enredamento foi aproveitada para o envio de códigos secretos que não podem ser interceptados.

Ao redor do mundo, organizações como Google e IBM e laboratórios acadêmicos estão tentando criar computadores quânticos que dependem de emaranhamento.

E agora Zhao e seus colegas querem usar o conceito de emaranhamento para criar o novo design do detector de ondas gravitacionais.

Uma nova forma de medir ondas gravitacionais

O aspecto empolgante do novo design do detector é que ele é, na verdade, apenas uma nova maneira de operar os detectores existentes. Ele simplesmente usa o detector duas vezes.

Um tempo, os fótons no detector são alterados pela onda gravitacional de modo a captar as ondas. A segunda vez, o detector é usado para alterar o emaranhamento quântico de forma que o ruído devido à incerteza quântica não seja detectado.

A única coisa que é detectada é o movimento dos espelhos distantes causado pela onda gravitacional. O ruído quântico do princípio da incerteza não aparece na medição.

Para fazer funcionar, você tem que começar com fótons emaranhados que são criados por um dispositivo chamado espremedor quântico. Esta tecnologia foi pioneira para astronomia de ondas gravitacionais na Australian National University, e agora é uma técnica estabelecida.

Como muitas das melhores ideias, a nova ideia é muito simples, mas um que exigiu enorme percepção para ser reconhecido. Você injeta uma quantidade minúscula de luz comprimida de um espremedor quântico, e use-o duas vezes!

Em todo o mundo, físicos estão se preparando para testar a nova teoria e encontrar a melhor forma de implementá-la em seus detectores. Um deles é o detector de ondas gravitacionais GEO em Hannover, na Alemanha, que tem sido uma base de teste para muitas das novas tecnologias que permitiram a importante descoberta de ondas gravitacionais no ano passado.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.