Cómo la ‘presión’ récord mundial podría brindar alivio a los cazadores de materia oscura

Imagínese lanzar una pelota. Se esperaría que la ciencia fuera capaz de determinar con precisión su velocidad y posición en un momento dado, ¿no es así?

Bueno, la mecánica cuántica dice que no se pueden conocer ambas cosas con precisión infinita al mismo tiempo.

Resulta que cuanto más precisamente se mide la ubicación de la pelota, menos exacto se vuelve el conocimiento de su velocidad.

Este enigma se conoce comúnmente como el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, en honor al famoso físico Werner Heisenberg, quien lo describió por primera vez.

Para una bola, este efecto es imperceptible, pero en el mundo cuántico de diminutos electrones y fotones, la incertidumbre de la medición de repente se vuelve muy grande.

Este es el problema al que se enfrenta un equipo de ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney que ha desarrollado un dispositivo de amplificación que realiza mediciones precisas de señales de microondas muy débiles, y lo hace mediante un proceso conocido como compresión.

Presión de microondas

La compresión implica reducir la certeza de una característica de una señal para obtener mediciones altamente precisas de otra característica.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, dirigido por el profesor asociado Jared Pla, ha aumentado la precisión de la medición de señales en frecuencias de microondas, como las que emite el teléfono móvil, hasta el punto de establecer un nuevo récord mundial.

La precisión de medir cualquier señal está limitada principalmente por el ruido. El ruido es la interferencia que se cuela y enmascara las señales, algo que probablemente haya encontrado si se ha aventurado fuera del alcance al escuchar la radio AM o FM.

Sin embargo, la incertidumbre en el mundo cuántico significa que existe un límite en cuanto a la cantidad de ruido que se puede reducir en una medición.

“Incluso en el vacío, un espacio desprovisto de todo, el principio de incertidumbre nos dice que todavía tenemos ruido. A este ruido lo llamamos ‘vacío’. En muchos experimentos cuánticos, el ruido del vacío es el efecto dominante que nos impide realizar mediciones más precisas. .” Dice A/Prof. Pla de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Comunicaciones de la Universidad de Nueva Gales del Sur y coautor de un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza.

La savia producida por el equipo de la UNSW puede exceder este límite cuantitativo.

“El dispositivo amplifica el ruido en una dirección, de modo que el ruido en otra dirección se reduce considerablemente, o se ‘exprime’. Piense en el ruido como una pelota de tenis: si la estiramos verticalmente, debería reducirse a lo largo de la horizontal para mantenerlo. su volumen entonces podemos usar «Parte con ruido reducido para mediciones más precisas». R/El profesor dice el Ejército Popular de Liberación de China.

«Hemos demostrado de manera concluyente que el exprimidor es capaz de reducir el ruido a niveles récord».

El dispositivo fue el resultado de un arduo trabajo. El candidato a doctorado Arjen Vartjes, autor principal conjunto de este artículo con sus colegas de la UNSW, el Dr. Anders Kringhog y el Dr. Whitefine, agrega: “La compresión es muy difícil en frecuencias de microondas porque los materiales utilizados tienden a destruir el frágil ruido comprimido con bastante facilidad.

«Lo que hemos hecho es mucha ingeniería para eliminar las fuentes de pérdida, lo que significa utilizar materiales superconductores de alta calidad para construir el amplificador».

El equipo cree que el nuevo dispositivo podría ayudar a acelerar la búsqueda de partículas esquivas conocidas como axiones, que hasta ahora son sólo teóricas, pero que muchos sugieren como el ingrediente secreto de la misteriosa materia oscura.

Mediciones de axiones

Realizar mediciones precisas es dominio de los científicos que intentan descubrir qué constituye la materia oscura, que se cree que constituye alrededor del 27% del universo conocido, pero sigue siendo un misterio cósmico porque los científicos no han podido identificarla.

Como sugiere su nombre, no emite ni absorbe luz, lo que lo hace “invisible”. Pero los físicos creen que debe estar allí, ejerciendo una fuerza gravitacional, de lo contrario las galaxias serían arrastradas por el viento.

Existen muchas teorías diversas sobre qué es la materia oscura, incluida la propuesta de existencia de los llamados axones.

Los axiones nunca han sido descubiertos, y la teoría es que son incomprensiblemente demasiado pequeños, con muy poca masa como partícula individual, y por lo tanto interactúan imperceptiblemente con otra materia conocida.

Sin embargo, una idea predice que cuando los axones se exponen a grandes campos magnéticos, deberían producir señales de microondas muy débiles. Los científicos utilizan equipos muy sensibles y realizan mediciones precisas para intentar detectar esas señales sutiles.

Pero como/prof. Bla dice: «Cuando se intenta detectar partículas fantasma como axones, incluso el ruido del vacío puede resultar ensordecedor».

El trabajo realizado sobre presión en la Universidad de Nueva Gales del Sur significa que estas mediciones ahora se pueden realizar hasta seis veces más rápido, mejorando las posibilidades de detectar un eje esquivo.

«Los detectores Axion pueden utilizar herramientas de compresión para reducir el ruido y acelerar sus mediciones. Nuestros resultados indican que estos experimentos ahora se pueden realizar más rápido que antes». Dice A/Prof. Ejército Popular de Liberación de China.

«Los científicos pueden ver los efectos de la materia oscura en las galaxias, pero nadie los ha detectado hasta que se mide físicamente el axión, sólo existe una teoría sobre cómo surgió la materia oscura».

Uso amplio

El autor principal conjunto, el Dr. Fine, dice que existen otras aplicaciones para el nuevo dispositivo de amplificación del equipo.

«Lo que también demostramos en nuestro estudio es que el dispositivo puede funcionar a temperaturas más altas que los exprimidores anteriores y también en grandes campos magnéticos». Dice el Dr. Finn.

«Esto abre la puerta a su aplicación en técnicas como la espectroscopia, que se utiliza para estudiar la estructura de nuevos materiales y sistemas biológicos como las proteínas. El ruido compacto significa que se pueden estudiar volúmenes más pequeños o medir muestras con mayor precisión».

El Dr. Kringhoy señala que el mismo ruido comprimido podría utilizarse en futuros ordenadores cuánticos.

“Resulta que el ruido del vacío comprimido es un ingrediente clave para construir cierto tipo de computadora cuántica. Lo interesante es que el nivel de compresión que logramos no está lejos de la cantidad necesaria para construir un sistema de este tipo. Él dice.

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Cómo la ‘presión’ récord mundial podría brindar alivio a los cazadores de materia oscura Crédito del video: Universidad de Nueva Gales del Sur

fuente: https://www.unsw.edu.au/