Un equipo de científicos propone que las ondas gravitacionales (deformaciones del tejido espacio-tiempo causadas por la colisión de objetos extremadamente densos, como pares de agujeros negros) pueden modular la frecuencia de la luz que los átomos emiten de manera natural.
La idea, presentada como una nueva vía teórica, sugiere una alternativa para estudiar estas ondas. Según el artículo publicado hoy en Physical Review Letters, quizá, además de los interferómetros láser de escala kilométrica en la Tierra o en el espacio, podamos observar cómo cambia la luz de los átomos en laboratorios especializados para entender los eventos más violentos del cosmos.
La luz de los átomos
La propuesta parte de un fenómeno que puede parecer casi contraintuitivo: los átomos pueden generar luz de manera espontánea cuando “se relajan” y cambian de estado energético. El proceso ocurre constantemente a escala microscópica, aunque la mayor parte de esa luz no es visible a simple vista y requiere instrumentos especializados para detectarla.
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Por décadas se ha investigado la luz que emiten los cuerpos solo por existir; ahora hay evidencia de que el fulgor se apaga cuando el organismo muere.
En física cuántica, la historia es aún más profunda. Las partículas no son puntos aislados, sino excitaciones de campos que llenan el espacio. Bajo este principio, un átomo no emite luz porque contenga algo que brilla, sino porque interactúa con el campo electromagnético. En términos simplificados, los campos cuánticos constituyen el marco en el que ocurren todas las interacciones.
Una onda gravitacional puede alterar ese campo cuántico
Una onda gravitacional es una distorsión del espacio-tiempo. Desde hace algunos años, los científicos han confirmado su existencia gracias a potentes interferómetros que disparan láseres a lo largo de kilómetros y miden ligeros cambios en su recorrido. Si se detecta una diferencia en el tiempo de recorrido, significa que el láser atravesó una región del espacio deformada por una onda.
Para los investigadores de la Universidad de Estocolmo y la Universidad de Tubinga, una onda gravitacional también puede deformar el campo cuántico que rodea a un átomo. Esa deformación no cambia cuántos fotones emite (no lo hace más brillante ni más débil), pero sí modifica su frecuencia dependiendo de la dirección en la que salen.
“La onda modula el campo cuántico, y esa modulación se imprime en la luz emitida. Esta modulación puede cambiar las frecuencias de los fotones emitidos en comparación con el caso sin onda», explican los autores en un comunicado de prensa.
Cómo encontrar perturbaciones gravitacionales en la luz de un átomo
El documento señala que, cuando ambos fenómenos coinciden, aparece un patrón espectral con forma cuadrupolar, una firma que refleja la geometría característica de las ondas gravitacionales.
Aunque estas ondas deforman el espacio‑tiempo de forma casi imperceptible, esa deformación actúa sobre la luz, que vibra extremadamente rápido. La diferencia de escalas crea un efecto multiplicador que permite detectar la presencia de la onda gravitacional observando únicamente el comportamiento de la luz del átomo.
El hallazgo plantea el uso de nubes de átomos fríos o relojes atómicos como detectores de ondas gravitacionales de baja frecuencia, justo aquellas que los observatorios terrestres no pueden captar. Según los cálculos del equipo, un conjunto de entre un millón y cien millones de átomos podría registrar la señal.
El estudio también muestra que esta información no queda atrapada en el átomo, sino en el campo cuántico que lo rodea. En ese sentido, el átomo actúa como un transductor: un intermediario entre la curvatura del espacio‑tiempo y la luz que podemos medir.
Por supuesto, la teoría requiere múltiples comprobaciones experimentales, pero si resulta correcta, la llave para comprender algunos de los eventos más violentos del universo podría estar más cerca de lo que pensamos. “Es necesario un análisis exhaustivo del ruido para evaluar la viabilidad práctica, pero nuestras primeras estimaciones son prometedoras”, aseguró Navdeep Arya, investigador postdoctoral de la Universidad de Estocolmo.