Un nuevo enfoque en torno a la energía oscura y la expansión del universo podría proceder de un experimento terrestre con átomos ultra-fríos. Eso es lo que anuncia un equipo de físicos de los EE.UU. y Reino Unido, dirigido por el premio Nobel de Martin Perl, que planea colocar átomos de cesio a 1.5 ma lo largo de dos interferómetros de átomos. Cualquier “sector oscuro” que actúe en los átomos se traducirá en una diferencia de fase que el equipo espera medir mediante la comparación de los resultados de los dos dispositivos.
La energía oscura es el nombre dado a la misteriosa sustancia que se cree sea la causa de la aceleración de la expansión del universo y que ejerce una presión negativa que se opone a la fuerza dela gravedad. Pero a pesar de que la energía oscura parece representar aproximadamente el 75% del contenido energético de la masa del universo, los científicos no tienen idea de lo que es en realidad. La mayoría de los intentos de comprender qué es la energía oscura incluyen observaciones de supernovas distantes y el fondo cósmico de microondas.
Pero Perl y sus colegas creen que podemos deducir nuevos conocimientos sobre la energía oscura con un experimento con interferómetros de átomos realizado aquí en la Tierra. El equipo espera detectar el hasta ahora desconocido “contenido oscura del vacío” (DCV), que, según ellos, podría comportarse como la energía oscura en el tiempo cosmológico y a escalas de distancia. El experimento, que se describe en un artículo en arXirv , debe estar en funcionamiento en 2014.
Según el plan de Perl, cada interferómetro dejará caer un puñado de átomos a través de una cámara de vacío de 1,5 metros de altura. Un pulso de láser será disparado sobre ellos, poniendo cada átomo en una superposición de dos estados cuánticos. Un segundo pulso de láser sería utilizado para recombinar los átomos y, a continuación se mediría la interferencia entre los dos caminos, revelando el desplazamiento de fase entre los estados que se acumulan durante la caída.
Los investigadores planean realizar el experimento utilizando dos interferómetros idénticos, lo que les permitirá cancelar el efecto del campo gravitatorio de la Tierra. En ausencia de cualquier DCV, la fase de los cambios medidos por cada dispositivo sería la misma. Sin embargo, si la densidad de DCV es diferente en cada interferómetro, los cambios de fase serían diferentes.
“Ahora estamos construyendo el aparato y esperamos tener un interferómetro en funcionamiento dentro de dos años y el doble de funcionamiento del espectrómetro total después de tres años”, dijo Perl. “Los problemas experimentales más importantes son la reducción de ruido de fuentes tales como vibraciones mecánicas y las derivas de los componentes fotónicos”, dijo Perl, que es profesor emérito de la SLAC National Accelerator Laboratory en California.
Según el equipo, la detección se basa en dos supuestos. El primero es que el DCV ejerce una fuerza sobre la materia y esta fuerza no es la gravedad en la naturaleza. El segundo supuesto es que el campo DCV tiene una distribución espacial no uniforme. En otras palabras, los átomos en los dos interferómetros diferentes experimentarían fuerzas ligeramente diferentes, dando lugar a un pequeño cambio en la fase relativa de los átomos, que aparecería en el patrón de interferencia.
Sin embargo, este segundo supuesto contradice el modelo cosmológico de la constante de la energía oscura, que describe la energía oscura como una propiedad del espacio vacío que es el mismo en todas partes del universo.
En efecto, si el experimento no detecta fuerzas hasta ahora desconocidas, podría ser difícil de comparar los resultados con otras mediciones de energía oscura. ”La mayoría busca otras fuentes de energía oscura (como el análisis de fondo de microondas) en escalas cosmológicas de tiempo y espacio, mientras que nosotros estamos interesados en las fluctuaciones de densidad de energía oscura en escalas terrestres, aquí y ahora”, dice Holger Mueller de la Universidad de California, en Berkeley, quien colaboró con Perl en el diseño del experimento. ”La cosmología no nos dice qué podemos esperar en esas escalas.”
Como resultado, algunos cosmólogos se muestran escépticos sobre la capacidad del experimento y acerca de que nos diga algo sobre la energía oscura. “Los interferómetros atómicos son un avance tecnológico emocionante que será una herramienta importante en investigaciones de la física fundamental”, dice Eric Linder, también de Berkeley, y que no está involucrado en el trabajo. “Sin embargo, los cosmólogos no tienen ninguna expectativa de que vayan a revelar la causa de la aceleración cósmica.”
Robert Caldwell, cosmólogo de la universidad de Dartmouth en New Hampshire, dice que sería fantástico si el equipo de Perl descubre nuevos fenómenos en el laboratorio. Sin embargo, advierte que “puede ser difícil de vincular esto a posteriori con a la energía oscura “.
El experimento se describe en arXiv: 1101.5626
Autor: Hamish Johnston
Enlace original: Ultracold atoms could reveal the dark sector