As ondas gravitacionais criadas por buracos negros ou estrelas de nêutrons nas profundezas do espaço chegaram à Terra. Seus efeitos, Contudo, são tão pequenos que só podem ser observados por meio de instalações de medição de quilômetros de extensão. Os físicos estão, portanto, discutindo se os condensados ​​de Bose-Einstein ultracold e minúsculos com suas propriedades quânticas ordenadas também poderiam detectar essas ondas. O Prof. Ralf Schützhold do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e da TU Dresden estudou a base dessas sugestões e escreve na revista Revisão Física D que tal evidência está muito além do alcance dos métodos atuais.

Já em 1916, Albert Einstein submeteu um artigo à Academia Prussiana de Ciências no qual demonstrou que massas em movimento, como estrelas gigantes orbitando umas às outras, deixam para trás uma marca no espaço e no tempo, que se espalha na velocidade da luz. Essas marcas são conhecidas como ondas gravitacionais, e deve se mover precisamente como ondas de rádio, luz e outras ondas eletromagnéticas. Os efeitos das ondas gravitacionais, Contudo, são normalmente tão fracos que Einstein estava convencido de que nunca poderiam ser medidos.

A razão para esse ceticismo é que as ondas gravitacionais são fracas. Por exemplo, até mesmo a grande massa da Terra, que orbita o sol a quase 30 quilômetros por segundo, produz ondas gravitacionais com uma potência de apenas trezentos watts. Isso nem seria suficiente para alimentar um aspirador de pó comercial com o selo Energy Star. A influência dessas ondas gravitacionais é, portanto, imperceptível.

Quando os buracos negros se fundem

A situação melhora quando massas consideravelmente maiores estão envolvidas. Quando dois enormes buracos negros se fundiram a uma distância de 1,3 bilhões de anos-luz da Terra, dos quais um possuía a massa de aproximadamente 36 sóis e o outro uma massa de 29 sóis, o espaço e o tempo tremeram. Durante esta fusão, uma massa que mede três vezes a do nosso sol se transformou em uma gigantesca onda gravitacional, cujos remanescentes alcançaram a Terra 1,3 bilhão de anos depois, em 14 de setembro, 2015, às 11h51, horário da Europa Central. Como as ondas se propagam em todas as direções ao longo de distâncias enormes e se espalham para um espaço inimaginavelmente grande, seu poder foi enormemente diminuído.

Na terra, apenas um sinal extremamente fraco foi recebido, que foi registrado usando dois tubos de vácuo perpendiculares de quatro quilômetros de comprimento nos Estados Unidos. Dois feixes de laser especiais disparam para frente e para trás entre os pontos finais dessas instalações. A partir do tempo necessário para que um feixe de luz alcance a outra extremidade, os pesquisadores podem calcular com muita precisão a distância entre os dois pontos. "À medida que as ondas gravitacionais atingiam a Terra, eles encurtaram uma das duas distâncias de medição por uma pequena fração de um trilionésimo de milímetro em ambas as instalações, enquanto o outro trecho perpendicular foi estendido em uma quantidade semelhante, "diz o pesquisador Ralf Schützhold do HZDR, delineando os resultados de seus colegas. Portanto, em 11 de fevereiro, 2016, seguindo uma análise detalhada dos dados, os pesquisadores relataram a primeira detecção direta das ondas gravitacionais previstas por Albert Einstein. Três dos pesquisadores contribuintes receberam o Prêmio Nobel de Física em 2017.

Átomos em Sincronização

Os astrofísicos agora podem usar essas ondas para observar eventos massivos no espaço, como fusões de buracos negros ou supernovas. Os físicos agora estão perguntando se é possível construir instalações que sejam mais fáceis de lidar do que tubos de vácuo perpendiculares de quatro quilômetros de comprimento. Alguns sugerem o uso de condensados ​​de Bose-Einstein, uma forma de matéria que Satyendranath Bose e Albert Einstein previram em 1924. "Esses condensados ​​podem ser considerados como vapor fortemente diluído de átomos individuais que são resfriados ao extremo e, portanto, condensam, "explica Schützhold. Pesquisadores nos Estados Unidos criaram um condensado de Bose-Einstein em 1995.

Em temperaturas extremamente baixas, apenas ligeiramente acima do zero absoluto de menos 273,15 graus Celsius, a maioria dos átomos de metais, como o rubídio, existe no mesmo estado quântico, formando uma mistura caótica como vapor em altas temperaturas. "Semelhante a partículas de luz laser, os átomos desses condensados ​​de Bose-Einstein se movem, por assim dizer, em sincronização, "diz Schützhold. Ondas gravitacionais, Contudo, pode mudar as partículas de som ou quanta de som, que os físicos chamam de fônons, dentro de condensados ​​de átomos sincronizados. "Isso é um pouco semelhante a um grande tanque de água em que as ondas geradas por um terremoto mudam as ondas de água existentes, "diz Ralf Schützhold, descrevendo o processo.

Pouca evidência é muito pouca

Contudo, quando o chefe do Departamento de Física Teórica do HZDR deu uma olhada mais de perto nos fundamentos desse fenômeno, ele constatou que tais condensados ​​de Bose-Einstein tinham que ser várias ordens de magnitude maiores do que é atualmente possível, a fim de detectar ondas gravitacionais que emanam de buracos negros em fusão. "Hoje, Bose-Einstein condensa com, por exemplo, 1 milhão de átomos de rubídio são obtidos com grande esforço, mas demoraria muito mais do que um milhão de vezes esse número de átomos para detectar ondas gravitacionais, "diz Schützhold. No entanto, uma espécie de vórtice é formada dentro de um condensado de Bose-Einstein no qual as ondas gravitacionais geram diretamente fônons que são mais facilmente observáveis. "Mas mesmo com esses condensados ​​de Bose-Einstein não homogêneos, ainda estamos em ordens de magnitude de detecção de ondas gravitacionais, "diz o físico.

O pesquisador do HZDR, no entanto, fornece uma dica quanto a uma possível prova:Se o gás nobre hélio for resfriado a menos de dois graus acima do zero absoluto, um líquido superfluido é formado que não é um condensado de Bose-Einstein puro, mas contém pouco menos de 10 por cento desses átomos de hélio sincronizados. Como quantidades muito maiores desse hélio superfluido podem ser produzidas, muitas ordens de magnitude a mais de átomos de condensado de Bose-Einstein podem ser criados dessa maneira do que com a produção direta. "Se o hélio superfluido é realmente uma maneira de detectar ondas gravitacionais, só pode ser mostrado com cálculos extremamente complexos, "diz Schützhold. Os minidetectores de ondas gravitacionais ainda estão em algum momento no futuro.