Tuesday, January 25, 2022

Huellas de la cuantización del área de agujeros negros en ondas gravitacionales

Tuesday, Jan 25th Adrián del Río, PennState

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Por Jorge Pullin, LSU

Uno de los lugares distintivos donde la mecánica cuántica deja una huella en nuestra vida cotidiana es en los espectros de los átomos. La teoría dice que los átomos solo pueden absorber y emitir ciertas cantidades discretas de energía (los cuantos) cuando interactúan, por ejemplo, con un campo electromagnético. Dado que la energía de los fotones está directamente relacionada con su frecuencia, eso quiere decir que los átomos solo pueden emitir luz en ciertas frecuencias. Un ejemplo de esto es cuando espolvoreamos sal sobre una llama. La misma se vuelve amarilla, el color asociado con los cuantos típicos del sodio.

Las teorías de la gravedad cuántica predicen que la masa (y por ende el área) de los agujeros negros está cuantizada. Esto quiere decir que cuando los agujeros negros interactúan con ondas gravitacionales, las frecuencias involucradas estarán cuantizadas. Esta plática muestra que la cuantizacion puede dejar huellas en el tipo de ondas gravitacionales que están siendo detectadas por detectores interferométricos de ondas gravitacionales como LIGO y VIRGO. Estas ondas provienen de colisiones de agujeros negros. Las mismas perturban a los agujeros negros y los mismos vibran con una amplitud que decrece en el tiempo como lo hace una campana que vibra y emite ondas de sonido (de hecho, para agujeros negros de masas como la del Sol, la frecuencia es parecida, del orden del kilo Hertz). Esta vibración tendría huellas debidas a las cuantizacion de las áreas que aparecen como “ecos”, patrones repetitivos en las ondas emitidas.

La cuantizacion de las áreas ha sido esperada desde siempre en gravedad cuántica. Usualmente la gente supone que las cuantizacion estará dada por un múltiplo entero de el área “fundamental” dada por la longitud de Planck al cuadrado. La longitud de Planck es la longitud fundamental que uno puede construir usando la constante de acoplamiento gravitatoria G, la velocidad de la luz c, y la constante de Planck de la teoría cuántica conocida como h-barra. Esta plática mostró que, si las áreas están cuantizadas de esta manera, hay potenciales consecuencias observacionales en ondas gravitacionales detectadas de colisiones de agujeros negros. La gravedad cuántica de lazos, por otro lado, tiene una predicción más sofisticada sobre la cuantizacion de las áreas. En la misma, los cuantos no están igualmente espaciados, sino que “se amontonan” cuando uno considera áreas mayores. Esto implica que para agujeros negros astrofísicos como los que detecta LIGO, los efectos de la cuantizacion son increíblemente chicos. Esto puede ser visto como un aspecto positivo de la teoría, dado que no se han observado desviaciones de las predicciones de la teoría clásica en las observaciones de ondas gravitacionales.

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