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Física

Los ecos de la gravedad

Comienza a funcionar el detector brasileño de ondas gravitacionales

Cuando sobra tiempo, el físico Sérgio Turano de Souza toca la guitarra en una banda de rock. Ya no es muy asiduo que digamos a los ensayos y ahora quizá tenga que faltar un poco más, porque es uno de los responsables del Detector de Ondas Gravitacionales Mario Schenberg, un equipamiento único en el país que comenzó a funcionar experimentalmente el día 8 de septiembre, sin hora justa para los imprevistos. Por el momento no hubo ninguno -al menos ninguno tan desalentador como el desbordamiento de la napa freática, seis años atrás, sobre el foso que era cavado para abrigar el detector. En uno de los galpones del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (USP) comenzaba entonces la etapa realmente concreta de la persecución de las ondas que, si fueran encontradas y si fueran pulsadas en vez de continuas, podrían mostrar que pueden de hecho existir las partículas elementales conocidas como gravitones, por el momento sólo previstas teóricamente, a las cuales se atribuye la fuerza de la gravedad.

Semanas atrás, aunque a la espera de tareas extras, el equipo coordinado por los físicos Odylio Aguiar, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (INPE, sigla en portugués), y Nei Oliveira Jr., de la USP, acompañó la primera recolección de datos, que siguió por cinco días continuos, y a cada momento echaba una ojeada al conjunto de aparatos electrónicos, cables, bombas de vacío y termómetros meticulosamente organizados que cubren un cilindro de aluminio de un metro de diámetro por tres de largo. Dentro de ese cilindro se esconde el corazón del detector: una esfera maciza de cobre y aluminio, de 65 centímetros de diámetro y 1,15 tonelada, suspendida por un hasta de cobre y mantenida en el vacío bajo una capa de helio líquido a casi -270 grados Celsius. Su sutilísima pulsación -u oscilación- indicará cuando finalmente se detecten las ondas gravitacionales, que constituyen uno de los más desafiantes objetos de estudio de la física contemporánea.

Conocidas hasta ahora solamente por medio de evidencias indirectas, como la reducción de la órbita de estrellas binarias, las ondas gravitacionales son definidas como deformaciones en el espacio resultantes del movimiento acelerado de cuerpos grandes, como las propias estrellas. Puede comparárselas con las ondas que se forman cuando lanzamos una piedra sobre el agua de un lago, aunque sean extremamente débiles y, teóricamente, puedan  propagarse a la velocidad de la luz. Fascinan a los físicos porque representan la última prueba de la Teoría de la Relatividad General, formulada en 1916 por Albert Einstein -todas las otras predicciones, como el desvío de la luz al pasar cerca de estrellas como el Sol, ya se comprobaron.

Exhausto, sin voz y durmiendo mucho menos que lo habitual a causa de la entrada en operación del detector y de los constantes viajes entre São Paulo y São José dos Campos, donde está el Inpe y su casa, Aguiar sabe que tan rápido no será posible igualarse con los equipos de los otros 11 detectores semejantes -en operación hace muchos años en Estados Unidos, Alemania, Italia y Australia- que también están atrás de las ondas gravitacionales. “El detector es ahora como un coche que anduvo por primera vez después de que juntamos las piezas que nunca antes estuvieron juntas”, compara el físico de 52 años que desde hace por lo menos 20 trabaja con equipamientos de ese género. “La sensibilidad aún está lejos de lo que necesitamos para ser competitivos”. En esa fase inicial, de pruebas y ajustes de los componentes, el detector opera solamente con tres de los seis sensores previstos en el proyecto inicial. Son los sensores los que transforman las oscilaciones de la esfera en señales eléctricas, captadas por antenas de microondas y amplificados en fracciones de segundo antes de llegar a la computadora instalado en un entrepiso cercano a una de las paredes del galpón.

Vibraciones audibles
Al final de este año, sin embargo, deben ser instalados los sensores definitivos. Según Aguiar, serán mucho más refinados y sensibles. Construidos en uno de los laboratorios del Inpe por el físico Sérgio Ricardo Furtado, los nuevos sensores -o transductores- tendrán una cavidad de niobio, elemento químico superconductor, y una membrana de silicio con una espesura de 20 milésimas de milímetro. La membrana de los sensores actuales es metálica y presenta una espesura de 200 a 300 milésimas de milímetro, que resulta de una sensibilidad bien menor a las ondas que pueden llegar a cualquier momento de las profundidades del espacio.

Con los sensores definitivos, el detector podrá captar ondas gravitacionales en las frecuencias de 3.100 a 3.300 Hertz, que se encuentra en el rango de los sonidos que pueden ser captados por el oído humano. Por lo tanto, sería posible oír la vibración de la esfera de bronce, siempre que las señales pasasen por un micrófono y fuesen amplificados, ya que la esfera se encuentra envuelta por el vacío.

El detector instalado en la USP costó aproximadamente 800 mil dólares, financiados por la FAPESP, e insumió el trabajo de unos 30 físicos experimentales y teóricos de la propia USP, del  Inpe, del Instituto Tecnológico de la Aeronáutica (ITA), también de São José dos Campos, de la unidad paulistana del Centro Federal de Educación Tecnológica (Cefet) y de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Aunque entre sólo ahora en una carrera que ya comenzó, cuenta con dos ventajas resultantes del hecho de ser esférico: podrá captar las ondas que lleguen de todo el cielo y determinar también la dirección de donde vinieron.

En tanto, los detectores que funcionan con barras de aluminio en vez de esferas o por medio de láser podrán registrar solamente las ondas, según Aguiar. “Es casi imposible que pesquemos la primera onda”, dice él. “Pero serán los detectores esféricos los que van a determinar la forma y la dirección de las ondas”. Aguiar cree que los físicos brasileños, en el caso de que lleguen a esas informaciones igualmente estratégicas, podrán entonces conversar de igual a igual con los representantes de los equipos al frente de los equipamientos que costaron 400 veces más.

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