El MIT está construyendo un detector de materia oscura que viaja en el tiempo

El MIT está construyendo un detector de materia oscura que viaja en el tiempo

julio 16, 2022 0 Por RenzoC


Un equipo de físicos del MIT publicó recientemente un impresionante trabajo de investigación que detalla sus exitosos esfuerzos para utilizar el entrelazamiento y la inversión del tiempo cuántico para crear sensores capaces de realizar mediciones increíblemente profundas.

Suena como una gran cantidad de jerga científica, pero la conclusión es que potencialmente podría conducir a un ‘detector de materia oscura’ legítimo, y es algo que podría revolucionar la comprensión de la humanidad de literalmente todo.

Adelante: La física es un blanco en movimiento. Como somos como peces en un acuario, no sabemos de dónde viene el agua en la que nadamos ni qué hay más allá de las imágenes borrosas al borde de nuestro horizonte acristalado.

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Para tratar de definir nuestra realidad, utilizamos el método científico, la imaginación humana y muchas matemáticas. Pero al final, cualquier teoría dada es tan buena como su capacidad para trabajar con teorías complementarias.

Albert Einstein, por ejemplo, pasó mucho tiempo reconciliando sus teorías de la gravedad con las de Isaac Newton.

En la era moderna, los físicos continúan el trabajo de Einstein tratando de reconciliar sus puntos de vista sobre la física clásica con los descubrimientos recientes relacionados con la mecánica cuántica.

Pero hay un problema. Si juntamos todas las teorías principales, terminamos con una imagen incompleta. O la gran mayoría del universo se compone de algo que no hemos descubierto cómo observar o medir, o Einstein estaba equivocado.

Este «algo» que falta ha sido denominado «materia oscura», y la teoría que lo rodea es, sin duda, la teoría más aceptada de la composición del universo en la física moderna.

Fondo: El objetivo de la investigación del MIT es construir un reloj atómico más preciso y allanar el camino para una mejor detección cuántica.

Según el trabajo de investigación del equipo:

Las aplicaciones potenciales incluyen sensores cuánticos que operan en un ancho de banda finito, y el principio que demostramos también puede avanzar en campos como la ingeniería cuántica, las mediciones cuánticas y la búsqueda de nueva física utilizando relojes atómicos en transición óptica.

Pero ampliar los límites de la medición cuántica no es tarea fácil. Los sensores de los que hablamos están diseñados para medir las diminutas vibraciones que se producen al interior de átomos individuales.

Cuanto más finitamente podamos medir estas vibraciones, más información podremos obtener sobre el universo.

Según un comunicado de prensa del MIT:

Un determinado tipo de átomo vibra a una frecuencia particular y constante que, si se mide correctamente, puede servir como un péndulo muy preciso… Pero en la escala de un solo átomo, las leyes de la mecánica cuántica toman el control, y la oscilación de el átomo cambia como la cara de una moneda cada vez que se lanza al aire.

Esencialmente, es muy difícil realizar mediciones cuánticas porque el mundo cuántico no obedece las leyes de la física clásica.

Un poco más profundo: Imagina lanzar una moneda al aire y tomarle una foto mientras aún está en el aire. En la imagen, la moneda está perfectamente horizontal, por lo que no tiene forma de determinar si es más probable que caiga cara o cruz.

En el mundo clásico, podías esperar a que la moneda cayera al suelo. Para medir los resultados, basta con mirar hacia abajo. Y, mientras nada perturbe la habitación, puedes tomarte todo el tiempo que quieras.

Pero el mundo cuántico funciona un poco diferente. Imagina lanzar la moneda al aire y hacer el mismo tiro, pero antes de que tus ojos puedan registrar el movimiento de la moneda en el aire, se reinicia y no puedes determinar en qué cayó.

Y, debido a que es el campo de estudio científico más irónico, la naturaleza tonta de la física cuántica es tanto el problema como la solución.

Dado que la pieza está experimentando un «bamboleo cuántico» demasiado rápido para que los científicos la observen con precisión, tuvieron que encontrar una manera de ahorrar tiempo.

Desgraciadamente, hay una regla llamada «límite cuántico estándar» que básicamente dice que las herramientas utilizadas por los físicos para medir las vibraciones cuánticas se han vuelto tan buenas como pueden ser en este momento.

Una solución loca: Si no puede crear mejores herramientas de medición, use la mecánica cuántica para aumentar la señal que está midiendo.

Los investigadores del MIT utilizaron el entrelazamiento cuántico y la inversión del tiempo cuántico para amplificar la señal y permitir más mediciones en un experimento determinado.

Según el comunicado de prensa:

El equipo usó un sistema de láseres para atrapar los átomos, luego envió una luz «enredada» teñida de azul, que obligó a los átomos a oscilar en un estado correlacionado. Dejaron que los átomos entrelazados evolucionaran con el tiempo y luego los expusieron a un pequeño campo magnético, que introdujo un pequeño cambio cuántico, modificando ligeramente las oscilaciones colectivas de los átomos.

Tal desplazamiento sería imposible de detectar con las herramientas de medición existentes. En cambio, el equipo aplicó inversión de tiempo para amplificar esta señal cuántica. Para ello, enviaron otro láser teñido de rojo que estimuló a los átomos a desmoronarse, como si retrocedieran en el tiempo.

Básicamente, esto significa que los investigadores lanzaron simultáneamente dos monedas al aire y usaron el ‘entrelazamiento cuántico’ para obligarlos a entrar en un paradigma en el que lo que le suceda a uno de ellos también le sucede al otro.

Luego, los científicos usaron un campo magnético para golpear las monedas para que su rotación se volviera, esencialmente invirtiendo el tiempo y permitiéndoles hacer mediciones en dos pasos. direcciones.

Es un poco más complicado que eso cuando se trata de átomos reales, pero la analogía de la moneda captura la esencia.

El punto de vista de Neural: ¡Es genial! Los científicos han descubierto cómo perturbar los átomos para que vibren lo suficientemente fuerte como para que podamos detectarlos. En la naturaleza, la capacidad de detectar este nivel de perturbación podría permitirnos «medir» campos gravitatorios ocultos.

Y eso significa que estas técnicas podrían conducir legítimamente a un detector completo de materia oscura.

Hablando en teoría, las partículas de materia oscura deberían ser omnipresentes en todo el universo. Podrían rebotar en ti (¿o tal vez volar a través de ti?) mientras lees este artículo.

Si los científicos pueden ampliar los límites de la detección cuántica hasta el punto de detectar los pequeños cambios en la vibración atómica que se producen cuando una partícula de materia oscura interactúa con un átomo normal, finalmente podríamos confirmar las teorías de Einstein.