Con el proyecto Gr\u00e1viton, coordinado por Odylio Aguiar, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, Brasil), un grupo de investigadores pretende, por primera vez en la historia, detectar ondas gravitacionales en el espacio. Iniciado en mayo del a\u00f1o pasado con una financiaci\u00f3n de cerca de un mill\u00f3n de d\u00f3lares por parte de la FAPESP, el proyecto re\u00fane a un conjunto de instituciones y comienza con la construcci\u00f3n de un poderoso detector de ondas con antena esferoidal que lleva el nombre del f\u00edsico brasile\u00f1o M\u00e1rio Schenberg (1914-1990). M\u00e1s all\u00e1 de sus resultados, es un proyecto importante, ya que desarrollar\u00e1 en el pa\u00eds un instrumental que podr\u00e1 ser \u00fatil tambi\u00e9n en otras \u00e1reas.<\/p>\n
Las ondas gravitacionales son deformaciones en la estructura del espacio-tiempo producidas por masas aceleradas – por ejemplo, en las explosiones de estrellas supernovas o en la \u00f3rbita de un sistema binario formado por dos estrellas de neutrones – y que, seg\u00fan la Teor\u00eda de la Relatividad, se propagan a la velocidad de la luz. Sugeridas entre el final del siglo XIX y el inicio del XX por cient\u00edficos como Heaviside, Lorentz y Poincar\u00e9, las mismas fueron previstas en 1916 por las ecuaciones de la Relatividad General de Albert Einstein.<\/p>\n
Desde la d\u00e9cada del 60, cuando los avances tecnol\u00f3gicos permitieron que se pensara en detectar esas ondas, los f\u00edsicos imaginan dispositivos para tal fin, y existen ya varios detectores inmersos en el intento. La propuesta brasile\u00f1a sugiere que pesadas antenas esferoidales de cobre aluminio operen a temperaturas de entre 15 y 20 mK (milikelvins), pocas cent\u00e9simas de grado por encima del cero absoluto (-273,16\u00b0C), situaci\u00f3n en la cual cesa toda agitaci\u00f3n at\u00f3mica y, por tanto, hay ausencia total de calor.<\/p>\n
El proyecto Gr\u00e1viton abarca varios equipamientos del g\u00e9nero. El primero es el detector Schenberg, que operar\u00e1 en la frecuencia de entre 3 y 3,4 kHz (kilohertz). En esa franja, “tendr\u00e1 la sensibilidad de los grandes interfer\u00f3metros de l\u00e1ser”, revela Aguiar, “con la ventaja de ser m\u00e1s barato”. Los interfer\u00f3metros de l\u00e1ser son detectores que cuestan alrededor de 100 millones de d\u00f3lares, mientras que el Schenberg, del tipo resonante, cuesta aproximadamente un mill\u00f3n.<\/p>\n
Revoluci\u00f3n “No es una tarea f\u00e1cil”, admite Aguiar. Huidizas como las electromagn\u00e9ticas, que viajan a 300 mil km\/segundo, las ondas gravitacionales son mucho m\u00e1s d\u00e9biles: alrededor de 36 \u00f3rdenes de magnitud menos que la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica. Frossati, f\u00edsico italiano formado en Brasil y especialista en criogenia, hace una analog\u00eda entre la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica, descifrada entre los siglos XIX y XX, y la gravitacional: “Las ondas electromagn\u00e9ticas pueden compararse con bolas de billar que se desplazan sobre la superficie plana de la mesa, representando las dimensiones que conocemos, mientras que las ondas gravitacionales tendr\u00edan la libertad de perforar el plano de la mesa, hacia arriba y hacia abajo”.<\/p>\n En ese modelo, ellas huir\u00edan hacia otras dimensiones, lo que coincide con la teor\u00eda de las supercuerdas, que afirma la existencia de m\u00faltiples dimensiones en los primeros estadios del Universo, cuando las cuatro fuerzas b\u00e1sicas de la naturaleza habr\u00edan configurado solo una. Tales fuerzas, recuerda Aguiar, “son la fuerza fuerte, responsable por la cohesi\u00f3n de las part\u00edculas nucleares y de los n\u00facleos at\u00f3micos; la fuerza d\u00e9bil, que rige la transmutaci\u00f3n entre part\u00edculas; la fuerza\u00a0electromagn\u00e9tica<\/em>, que posibilita la existencia de los \u00e1tomos y de las estructuras moleculares y cristalinas; y, finalmente, la fuerza\u00a0gravitacional<\/em>, responsable por la formaci\u00f3n de las galaxias, estrellas, planetas y dem\u00e1s cuerpos en el Universo”.<\/p>\n Brujer\u00eda Hasta ahora, las evidencias de ondas gravitacionales son indirectas. En la d\u00e9cada del 70, cient\u00edficos americanos observaron, con el radiotelescopio de 305 metros de Arecibo, en Puerto Rico, una disminuci\u00f3n de 76 microsegundos por a\u00f1o en la \u00f3rbita del sistema binario PSR1913+16, formado por un pulsar y una estrella de neutrones, ambas estrellas colapsadas. La variaci\u00f3n de rotaci\u00f3n de sistema fue explicada por la emisi\u00f3n de ondas gravitacionales.<\/p>\n Segundo Frossati, la eventual detecci\u00f3n de la ondulaci\u00f3n del espacio-tiempo “traer\u00e1 aparejadas profundas reformulaciones en el micro y macrocosmos y en el \u00e1rea de la f\u00edsica de part\u00edculas, consolidando desde abordajes como la teor\u00eda de las supercuerdas hasta un nuevo mapeamiento y conocimiento del Universo”. La teor\u00eda de las supercuerdas sostiene que los constituyentes b\u00e1sicos de lamateria, los quarks<\/em>, nacen de la vibraci\u00f3n de cuerdas infinitamente peque\u00f1as – los ladrillos b\u00e1sicos del mundo, generados como las notas producidas por la vibraci\u00f3n de las cuerdas de un piano. De la combinaci\u00f3n de varios tipos de quarks<\/em> se constituyen los protones y neutrones, part\u00edculas que formanel n\u00facleo at\u00f3mico y, envueltas por capas de electrones, componen el mundo conocido.<\/p>\n Frossati vivi\u00f3 en Brasil entre los 8 y los 30 a\u00f1os y estudi\u00f3 en el Instituto de F\u00edsica de la USP. Hoy, mientras observa el paisaje arbolado por las ventanas de vidrio del edificio Mario Schenberg, en la Ciudad Universitaria, advierte que el proyecto “puede parecer pura ficci\u00f3n cient\u00edfica”, y discurre sobre los desdoblamientos posibles de la detecci\u00f3n de ondas gravitacionales, como la posibilidad de que esas ondas “huyan hacia otras dimensiones”.<\/p>\n Aleaci\u00f3n de campanas El desarrollo de esa nueva generaci\u00f3n de detectores de ondas gravitacionales se basa en antenas resonantes esferoidales construidas con una aleaci\u00f3n de cobre (94%) y aluminio (6%). “En un trabajo reciente, el grupo de Holanda demostr\u00f3 que esa aleaci\u00f3n combina una alta capacidad resonante (como la aleaci\u00f3n de una campana) con una alta conductividad t\u00e9rmica. Esta \u00faltima propiedad es la que permitir\u00e1 que la antena pueda enfriarse hasta temperaturas tan bajas. Enfriar la antena es important\u00edsimo para minimizar el ruido t\u00e9rmico. Uno de las grandes claves de esta nueva generaci\u00f3n de antenas reside en que ser\u00e1n enfriadas a temperaturas casi a un nivel por debajo del de las antenas existentes: la m\u00e1s fr\u00eda de ellas, la Nautilus, del Instituto Nacional de F\u00edsica Nuclear (INFN), en Frascati, Italia, funciona a cerca de 100 mK”, subraya Oliveira.<\/p>\n Proyecto Omega Las tres unidades del primer tama\u00f1o de detector, todas producidas en Italbronze, integrar\u00e1n el proyecto Omega, una red internacional de detectores esferoidales. El Schenberg estar\u00e1 ubicado en el LESBT del Instituto de F\u00edsica de la USP, en el edificio que lleva el nombre del f\u00edsico brasile\u00f1o. Los otros, Mini-Grail y Sfera, ser\u00e1n instalados respectivamente en la Universidad de Leiden, Holanda, y en el Instituto Nacional de F\u00edsica Nuclear en Frascati, Italia. El trabajo con tres instrumentos similares, en la misma franja de frecuencia, es necesario para garantizar la confiabilidad de las medidas, justifican Frossati y Aguiar.<\/p>\n Botella t\u00e9rmica El enfriamiento de una pieza de m\u00e1s de una tonelada a pocas cent\u00e9simas de grado por encima del cero absoluto requiere una infraestructura criog\u00e9nica considerable. Por eso la antena ser\u00e1 montada en el LESBT de la USP, liderado por Nei Oliveira. “Ser\u00e1 la mayor masa ya enfriada a esa temperatura en todo el mundo” dice. Y acrecienta que, con proyectos de esta \u00edndole, “Brasil participa en el circuito internacional de la alta tecnolog\u00eda cient\u00edfica”.<\/p>\n Despu\u00e9s del Schenberg, las dificultades con las antenas mayores se incrementar\u00edan, tanto en los procesos de fundici\u00f3n como en los de enfriamiento.\u00a0Aguiar se refiere al trabajo para enfriar no una, sino 100 toneladas, en un corto lapso de tiempo. Para ello, el Schenberg estar\u00e1 confinado en una especie de botellas t\u00e9rmica gigante, en el laboratorio de criogenia. Ba\u00f1ado por gas helio, en una t\u00e9cnica conocida con el nombre convecci\u00f3n forzada, en tres d\u00edas y medio habr\u00e1 alcanzado la temperatura de operaci\u00f3n. Ese corto tiempo de enfriamiento es una de las principales ventajas de este detector, argumenta Oliveira. En caso de alteraci\u00f3n de la configuraci\u00f3n, agrega, “no ser\u00e1 necesario esperar los meses que ser\u00eda preciso esperar en los casos de detectores mayores”.<\/p>\n En el Guinness Empezar con detectores menores y m\u00e1s baratos, con la intenci\u00f3n de llegar a los grandes, m\u00e1s sofisticados y eficientes, es el rumbo del proyecto Gr\u00e1viton. Incluso el Schenberg pasar\u00e1 por dos fases: la Granted, formada por las iniciales, en ingles, de “demostraci\u00f3n tecnol\u00f3gica de antena para radiaci\u00f3n gravitacional”; y la Detector, cuando el instrumento entre en operaci\u00f3n, lo ocurrir\u00eda antes de mayo de 2004.<\/p>\n “En la franja de 3.0 a 3.4 kHz, el brasile\u00f1o Schenberg, el holand\u00e9s Mini-Grail y el italiano Sfera tienen todo para ser los m\u00e1s sensibles del mundo, pues todos los interfer\u00f3metros l\u00e1ser de largo camino \u00f3ptico que est\u00e1n entrando en operaci\u00f3n van a tener mucho ruido en esa franja”, afirma Aguiar. “Adem\u00e1s, vamos a aprender c\u00f3mo hacer detectores a\u00fan m\u00e1s sensibles en otras franjas de frecuencias”, completa Aguiar.<\/p>\n Los investigadores comparan la detecci\u00f3n de ondas gravitacionales con el surgimiento de la radioastronom\u00eda. “Si el observar el Universo en longitudes de onda de radio traz\u00f3 un nuevo mapa del Cosmos, la observaci\u00f3n de ondas gravitacionales ampliar\u00e1 esos horizontes”, afirma Frossati, que cree que, como la radioastronom\u00eda lo hizo utilizando las microondas, tambi\u00e9n ser\u00e1 posible registrar ondas gravitacionales del Big Bang, la explosi\u00f3n inicial de la creaci\u00f3n del Universo.<\/p>\n “La diferencia”, dice Oliveira, “es que mientras las ondas electromagn\u00e9ticas brindan una ‘foto’ de cuando el Universo ten\u00eda 300 mil a\u00f1itos de edad, las ondas gravitacionales en microondas van a suministrarnos la ‘foto’ del Universo en el momento exacto de su nacimiento. Algo que no podr\u00e1 dejar de ir al \u00e1lbum de la ciencia”.<\/p>\n Los detectores en acci\u00f3n<\/strong> Existen dos tipos principales de detectores de ondas gravitacionales en operaci\u00f3n: los de resonancia de barra y los de l\u00e1ser. Actualmente, entre los m\u00e1s sensibles en operaci\u00f3n hay cinco de resonancia de barra y uno de l\u00e1ser. Se encuentran en su fase final, para el inicio de su operaci\u00f3n, cuatro de l\u00e1ser (interfer\u00f3metros) y en construcci\u00f3n tres esferoidales, entre ellos el brasile\u00f1o Schenberg.<\/p>\n En enero de 1960, el f\u00edsico estadounidense Joseph Weber propuso los instrumentos de resonancia de barra y el primero entr\u00f3 en actividad cinco a\u00f1os despu\u00e9s. Un detector de barra es deformado por una onda gravitacional: transdutores, o aceler\u00f3metros, acoplados a su superficie, transforman esa deformaci\u00f3n en una se\u00f1al el\u00e9ctrica que puede interprestarse.<\/p>\n Una analog\u00eda para un detector de resonancia son los globos de cumplea\u00f1os. Una persona que ponga las manos sobre su superficie puede sentir las vibraciones sonoras – que son deformaciones en el aire – producidas por una fuente tal como la m\u00fasica en alto volumen. En este caso, los transdutores ser\u00edan las manos, que transportan una se\u00f1al mec\u00e1nica al cerebro.<\/p>\n Los detectores esferoidales act\u00faan basados en el mismo principio de los de barra, con la diferencia de que, en principio, pueden registrar ondas originarias provenientes de cualquier direcci\u00f3n, mientras que los de barra est\u00e1n restrictos a observaciones en direcciones pr\u00f3ximas a los planos perpendiculares a la barra. Los de l\u00e1ser pueden registrar directamente las deformaciones del espacio-tiempo, pero tiene costos prohibitivos para la realidad brasile\u00f1a.<\/p>\n Aguiar a\u00f1ade: “Adem\u00e1s, los detectores esferoidales son capaces de determinar, cada uno de ellos por s\u00ed solos, la direcci\u00f3n de donde proviene la onda y su polarizaci\u00f3n (su forma de deformar el espacio). Los detectores l\u00e1ser, por ejemplo, necesitan estar trabajando en conjunto (por lo menos cuatro de ellos), para obtener la direcci\u00f3n y la polarizaci\u00f3n de la onda. La gran ventaja de los interfer\u00f3metros l\u00e1ser, que justifica su alto costo, es la observaci\u00f3n simult\u00e1nea de una gran franja de frecuencias en un \u00fanico detector”.<\/p>\n EL PROYECTO
\n<\/strong>Quien detecte las ondas gravitacionales desencadenar\u00e1 una revoluci\u00f3n de consecuencias imprevisibles en la F\u00edsica, vaticina Aguiar, del Inpe, y sus coordinadores adjuntos Nei Oliveira Jr., del Laboratorio de Estado S\u00f3lido y Bajas Temperaturas (LESBT) del Instituto de F\u00edsica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), y Giorgio Frossati, de la Universidad de Leiden (Holanda). Participan tambi\u00e9n investigadores de la Universidad Bandeirantes, del Centro Federal de Ense\u00f1anza Tecnol\u00f3gica de S\u00e3o Paulo y del Instituto Tecnol\u00f3gico de la Aeron\u00e1utica. Colaboran adem\u00e1s otras seis instituciones del exterior y otras tantas de Brasil.<\/p>\n
\n<\/strong>El conocimiento de la naturaleza de las ondas gravitacionales ser\u00eda la respuesta que Isaac Newton no les pudo dar, en el siglo XVII, a los cr\u00edticos cartesianos que lo acusaron de “brujer\u00eda” cuando anunci\u00f3 su Teor\u00eda de la Gravitaci\u00f3n Universal. La distorsi\u00f3n de la estructura espacio-tiempo por la presencia de un cuerpo de gran masa, prevista en la Teor\u00eda de la Relatividad General, fue confirmada el 29 de mayo de 1919 durante el eclipse total de sol observado por un equipo internacional en Sobral, en Cear\u00e1.<\/p>\n
\n<\/strong>“No solo las primeras detecciones ser\u00e1n importantes”, afirma Aguiar. “La observaci\u00f3n regular de esas ondas ser\u00e1 tanto o m\u00e1s importante, pues ellas cargan informaci\u00f3n del Cosmos que no puede obtenerse a trav\u00e9s de la detecci\u00f3n de las ondas electromagn\u00e9ticas (microondas, infrarrojo, luz, rayos gama, etc.). Por lo tanto, la detecci\u00f3n de esas ondas gravitacionales va a abrir una nueva ‘ventana’ para a observaci\u00f3n del Universo.”<\/p>\n
\n<\/strong>El plan m\u00e1s ambicioso del equipo de Aguiar es producir tres detectores esferoidales en Brasil, de tama\u00f1os diferentes y, consecuentemente, franjas de frecuencia diferentes. El Schenberg es el primero; despu\u00e9s vendr\u00e1n el Newton y el Einstein, y el conjunto integrar\u00e1 el Observatorio Brasile\u00f1o de Ondas Gravitacionales. Habr\u00e1 tres unidades del porte del detector Schenberg, con 65 cent\u00edmetros de di\u00e1metro y 1.150 kilogramos. La primera ya est\u00e1 cobrando forma en la fundici\u00f3n Italbronze, de Aruj\u00e1. El Newton tendr\u00e1 el doble del di\u00e1metro del Schenberg, y el Einstein ser\u00e1 a\u00fan mayor: 3 metros de di\u00e1metro y 100 toneladas. Cada versi\u00f3n significa un desaf\u00edo, tanto por su construcci\u00f3n como por su enfriamiento.<\/p>\n
\n<\/strong>Los desaf\u00edos para la construcci\u00f3n y refrigeraci\u00f3n comienzan con la fundici\u00f3n de la aleaci\u00f3n cobre-aluminio, cuya composici\u00f3n, Frossati la define como la que ofrece la mejor resonancia para las ondas gravitacionales. Pero el fundir un cuerpo como ese, reconoce, “reviste dificultades como la aparici\u00f3n de defectos capaces de alterar los est\u00e1ndares mec\u00e1nicos deseados”. Las soluci\u00f3n encontrada por Italbronze fue fundir bloques en forma de cilindro, en los que eventuales fallas estructurales tienden desplazarse hacia las partes superiores de la pieza, que “est\u00e1n siendo cortadas como recurso para eliminar las fallas y asegurar el desempe\u00f1o deseado”, informa Aguiar.<\/p>\n
\n<\/strong>En el enfriamiento entran las habilidades de Frossati, que en los a\u00f1os 80 bati\u00f3 el r\u00e9cord en la obtenci\u00f3n de bajas temperaturas continuas, logrando menos de dos milikelvin por encima del cero absoluto, y as\u00ed entr\u00f3 al\u00a0Guinness Book<\/em>, el libro de los r\u00e9cords. No obstante, para desarrollar el Einstein, el tiempo de enfriamiento se elevar\u00e1 a un mes y la “botella t\u00e9rmica” donde el mismo ser\u00e1 acondicionado tendr\u00e1 que crecer un volumen significativo. Eso, seg\u00fan Aguiar, “exigir\u00e1 un edificio mucho mayor que el del laboratorio de la USP, equipado con gr\u00faas especiales para llevar a cabo su desplazamiento”. El Einstein, dice, aumentar\u00e1 la sensibilidad en energ\u00eda de detecci\u00f3n del Schenberg por un factor 100 y su costo ascender\u00e1 a 7 millones de d\u00f3lares.<\/p>\n
\n<\/strong><\/em><\/p>\n
\n<\/strong>El Detector M\u00e1rio Schenberg: Propuesta para el Proyecto, Construcci\u00f3n y Operaci\u00f3n de un Detector de Ondas Esferoidal de 0,6 Metro de Di\u00e1metro
\nModalidad
\n<\/strong>Auxilio a proyecto de investigaci\u00f3n
\nCoordinador
\n<\/strong>Odylio Denys de Aguiar – Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales
\nInversi\u00f3n
\n<\/strong>R$ 820.551,75 y US$ 563.000,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasil entra en la carrera para captar ondas gravitacionales en el Cosmos","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-73229","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73229","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=73229"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73229\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=73229"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=73229"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=73229"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=73229"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}