“Ahora mismo hay mucho interés por utilizar las tecnologías cuánticas para detectar cualquier señal del cosmos. La colaboración entre física cuántica y física fundamental de detección se está expandiendo y generar este diálogo es parte del interés de nuestro proyecto”, afirma Blas, que se ha asociado para esta investigación con Matthias Schott (Universidad Rheinische Friedrich-Wilhelms, Bonn, Alemania), Dmitry Budker (Universidad Johannes Gutenberg, Maguncia, Alemania) y Claudio Gatti (Instituto Nacional de Física Nuclear, Italia).

El profesor de Investigación ICREA en el Institut de Fisica d’Altes Energies (IFAE) recibió una Beca Leonardo en 2024 relacionada también con la detección de ondas gravitacionales aunque en frecuencias de microhercios, es decir, más bajas de las que se han detectado hasta hoy. Su proyecto Leonardo se basa en analizar los datos de las órbitas de la luna y de satélites artificiales, que se ven afectadas de manera perceptible por las ondas gravitacionales de baja frecuencia, para tratar de detectar las ondas de esta gama.

El proyecto financiado por el Consejo Europeo de Investigación, por el contrario, se centra en frecuencias muy elevadas, por encima del kilohercio, y por tanto necesita instrumentos de detección muy rápidos y precisos. Así, las tecnologías cuánticas se vuelven aliadas imprescindibles en esta búsqueda.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Desde que Einstein predijera la existencia de las ondas gravitacionales en 1916, se han sucedido los esfuerzos por detectar estas señales que emiten prácticamente todos los cuerpos celestes ya que constituyen sutiles perturbaciones del espaciotiempo. En 2015 se logró la primera detección, en el marco del proyecto LIGO, y desde entonces se ha tratado de ampliar la gama de frecuencias en las que se buscan estas ondas.

“Precisamente porque son tan difíciles de detectar, se propagan sin verse afectadas por casi nada. Esto quiere decir que cualquier detección de ondas gravitacionales permite ver sucesos que están mucho más lejos de lo que se puede ver con la luz, porque la luz normalmente se absorbe a su paso. Además, hay cuerpos celestes muy masivos que no emiten luz pero sí ondas gravitacionales, y es importante entenderlos para comprender cómo funciona el universo”.

En busca de la señal prístina del universo primigenio

Según los modelos que mejor describen la historia del universo, el Big Bang generó un abanico de ondas gravitacionales en una gran variedad de frecuencias. Por el contrario, los sucesos astrofísicos más recientes –por ejemplo, las parejas de agujeros negros o de estrellas de neutrones– solo emiten este tipo de ondas en una gama de frecuencias mucho más reducida, que no supera el kilohercio.

De este modo, cualquier detección de ondas gravitacionales que se realice en frecuencias muy altas, como las que se proponen Blas y su equipo, correspondería a una fuente de física primordial, posiblemente de materia oscura. Además, estas señales no estarían contaminadas, ya que no se conocen más fuentes que emitan ondas gravitacionales a tan altas frecuencias.

Sin embargo, Blas reconoce que es muy difícil que lleguen a detectar alguna señal del universo primordial en el marco del proyecto ERC Synergy: “La red de detectores que queremos construir supondrá un primer esfuerzo. Históricamente, este tipo de investigación ha tardado 40 o 50 años en dar frutos, y lo normal es que suceda lo mismo en nuestro caso”, comenta.

Una red europea de sensores cuánticos

La red de sensores que esperan crear los investigadores servirá de prototipo para poner a prueba las últimas tecnologías de detección. Para lograr la máxima precisión, los sensores emplearán protocolos completamente cuánticos, una estrategia novedosa que se está explorando actualmente en diversas áreas de la física. Los dispositivos que plantea Blas consistirán en cavidades en campos magnéticos intensos que puedan convertir las ondas gravitacionales en fotones.

Los sensores se distribuirán en una red europea con nodos en Alemania, Italia y Suiza para asegurar que cualquier aparente detección corresponda a una señal real y no a una fluctuación del ambiente. “En España, por el momento, tenemos la parte teórica, pero nuestra idea es abrir la red a colaboraciones futuras”, apunta Blas. Así, se convertiría en la primera red de detectores únicamente dedicados a buscar ondas gravitacionales de alta frecuencia.

Con todo, el investigador incide en que el objetivo principal en este proyecto no es detectar realmente las ondas gravitacionales, ya que es poco realista suponer que se logrará en los seis años de los que disponen: “Sería un éxito absoluto mejorar las técnicas de precisión en la detección con un factor 10.000, es decir, que si ahora mismo somos capaces de ver algo que está a 100 kilómetros, que podamos ver algo que está a un millón de kilómetros. De esta forma podremos ser sensibles a señales más globales. También aspiramos a que la red funcione y se acoplen más instituciones”, explica.

“Si, además, detectamos una señal –concluye–, esa señal va a ser una nueva pieza del cosmos. Sabemos que puede existir, ya que hay modelos de materia oscura en los que aparece, y nos permitiría ver cómo era el universo hace mucho tiempo. Si está ahí y la detectamos, sería un momento histórico”.

Accede al archivo de Σ