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Átomos flotantes para medir la gravedad

25.11.2019

Un grupo de investigadores de la Universidad de California en Berkeley ha encontrado una nueva forma de medir las fuerzas de la gravedad y los efectos asociados a estas fuerzas. La base de este método es medir las diferencias más pequeñas entre los átomos en un estado de superposición cuántica, que se mantienen en un estado "flotante" por luz láser dentro de una cámara de vacío. Los investigadores de Berkeley creen que este nuevo método, en algunos casos, será más conveniente y útil que los métodos tradicionales para realizar tales mediciones que se utilizan actualmente.

La forma estándar actual de medir la gravedad y realizar experimentos con la gravedad de la tierra es dejar caer varios objetos desde una cierta altura. Al mismo tiempo, los objetos caen dentro de tuberías verticales, dentro de las cuales se crea un vacío de gran profundidad y que son al mismo tiempo una pantalla que bloquea la influencia de una serie de factores externos en equipos de medición altamente sensibles.

Desafortunadamente, tales métodos brindan a los científicos la oportunidad de observar los efectos de las fuerzas gravitatorias durante un período de tiempo bastante corto; además, los resultados de tales experimentos a menudo se ven distorsionados por la influencia no intencional de campos magnéticos y eléctricos externos. El nuevo método permite medir la gravedad de una manera que no utiliza ningún objeto que cae o se mueve.

Para medir la gravedad con el nuevo método, se rocía una nube de átomos de cesio dentro de una pequeña cámara de vacío. Posteriormente, con la ayuda de destellos de luz láser, estos átomos se colocan en un estado de superposición cuántica, separados en pares que ocupan posiciones fijas en el espacio. Además, todo está organizado de tal manera que un átomo del par está siempre por encima del segundo átomo.

El valor medido en este método es el valor que refleja numéricamente la componente de onda de cada átomo, el cual, al ser una partícula cuántica, tiene la propiedad del dualismo cuántico-onda, siendo a la vez partícula y onda. Las diferencias en los valores medidos de partículas ubicadas a diferentes distancias de la Tierra, y le permite calcular el valor de la gravedad con una precisión bastante alta.

Tenga en cuenta que el nuevo método de medición de la gravedad tiene una serie de ventajas significativas. Con su ayuda, puede realizar mediciones durante un tiempo arbitrariamente largo, lo que aumenta la precisión de los valores obtenidos. Además, el mismo método se puede usar no solo para medir las fuerzas de la gravedad terrestre, sino también las fuerzas de las interacciones gravitatorias entre dos partículas, como los átomos de cesio utilizados en el experimento.

Debido al pequeño tamaño de la cámara de vacío, esta cámara es mucho más fácil de proteger y proteger de todas las posibles influencias externas no deseadas. Gracias a esto, en el futuro será posible crear un dispositivo lo suficientemente portátil que pueda usarse para medir la gravedad en varios puntos de la superficie terrestre y realizar mediciones similares desde la órbita terrestre baja.

Un nuevo método para medir la gravedad podría ser una herramienta extremadamente útil para los científicos que trabajan en el problema de la materia y la energía oscuras, y permitiría probar otras cosas físicas fundamentales, como el principio de equivalencia.

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Descubierta la molécula más antigua del universo 17.04.2019

El exclusivo observatorio volador SOFIA ha ayudado a los científicos a descubrir por primera vez dentro de una nebulosa planetaria en la constelación Cygnus rastros de una combinación de helio e hidrógeno, dos elementos que existían en el universo incluso antes de la aparición de las estrellas. Los resultados de las observaciones se publican en la revista.

"La ausencia de rastros de esta molécula en el espacio fue uno de los mayores misterios de la astronomía. Estaba increíblemente emocionado en el momento en que lo vimos por primera vez en nuestro conjunto de datos. Este final feliz disipó nuestras dudas de que entendemos cómo funciona la química en el universo primitivo. ”, dijo Rolf Guesten del Instituto de Radioastronomía en Bonn, Alemania.

Después del Big Bang, solo existían tres elementos en el universo: hidrógeno, helio y pequeñas cantidades de litio. Sin embargo, después de 300 millones de años, cuando aparecieron las primeras estrellas, comenzaron a aparecer elementos más pesados, nacidos durante reacciones termonucleares en las entrañas de las estrellas.

Las moléculas complejas, según los científicos, comenzaron a aparecer mucho antes de la aparición de estas luminarias, en un momento en que el universo se expandía rápidamente y se enfriaba simultáneamente. El primero de ellos fue el hidruro de helio, un compuesto de helio neutro y un protón cargado positivamente.

Como señala Gesten, los científicos han estado tratando de encontrar rastros de HeH+ en el espacio durante casi un siglo, pero hasta ahora no han podido hacerlo. Los astrofísicos han atribuido numerosos fallos al hecho de que las moléculas más antiguas del universo solo se pueden ver en esa parte del espectro que es especialmente bien absorbida por el vapor de agua y otras moléculas en la atmósfera.
Tales problemas no interfieren con el trabajo del único observatorio volador del mundo SOFIA, un proyecto conjunto único entre la NASA y la agencia espacial alemana DLR. Es un Boeing 747 con un telescopio óptico e infrarrojo de 2,5 metros instalado. Subir a una altura de 13 kilómetros le permite hacer que la calidad de la imagen resultante se acerque al nivel de los observatorios espaciales.

Usando este telescopio, Gesten y sus colegas observaron la nebulosa planetaria NGC 7027, ubicada en la constelación Cygnus a una distancia de 600 años luz de la Tierra. Es una especie de "sudario funerario" de una enana blanca, cuyo progenitor agotó sus reservas de hidrógeno y se despojó de sus capas exteriores hace unos XNUMX años, momentos según los estándares cósmicos.

Esta nebulosa ha atraído durante mucho tiempo la atención de los científicos por una sencilla razón: en su interior prevalecen aproximadamente las mismas temperaturas -unos cuatro mil grados Kelvin- que reinaban en el Universo primitivo en el momento del nacimiento de las primeras moléculas de hidruro de helio. Además, la enana blanca recién nacida produce enormes cantidades de energía y luz, que ionizan el hidrógeno a su alrededor y aceleran el nacimiento de HeH+.

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