1Departamento de Física, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 22451-900, Brasil
2Istituto del Consiglio Nazionale delle Ricerche, OVI, Itália
3Departamento de Física Quàntica e Astrofísica, Instituto de Ciências do Cosmos, Universidade de Barcelona, Martí i Franquès 1, E-08028 Barcelona, Espanha
4Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, Berkeley, CA 94720, EUA
5Dipartimento de Matemática e Física “E. De Giorgi”, Università del Salento, e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) sezione di Lecce, via per Arnesano, 73100 Lecce, Itália
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Sumário
A descrição eficaz da gravidade na teoria quântica de campos, apesar de sua não renormalização, permite previsões além da relatividade geral clássica. À medida que entramos na era da astronomia das ondas gravitacionais, uma questão importante e oportuna é se podem ser encontradas previsões quânticas mensuráveis que se afastam da gravidade clássica, análogas aos efeitos da óptica quântica que não podem ser explicados pela eletrodinâmica clássica. Neste trabalho, investigamos assinaturas quânticas em ondas gravitacionais utilizando ferramentas da óptica quântica. Ondas gravitacionais coerentes comprimidas, que podem exibir estatísticas de grávitons sub-Poissonianas, podem aumentar ou suprimir o sinal medido por um interferômetro, um efeito característico da compressão quântica. Além disso, mostramos que os estados quânticos das ondas gravitacionais gaussianas podem ser reconstruídos a partir de medições sobre um conjunto de campos ópticos interagindo com uma única cópia da onda gravitacional, abrindo assim a possibilidade de detectar características quânticas da gravidade além da relatividade geral clássica.
Imagem em destaque: Detecção quântica para estados quânticos de ondas gravitacionais.
Resumo popular
Pensando por analogia, porém, detectar fótons não é a única maneira de provar a natureza da mecânica quântica do eletromagnetismo. A óptica quântica nos ensinou que as flutuações do campo quântico são mensuráveis em estados macroscópicos da luz – por exemplo, estados comprimidos e coerentes comprimidos – através da detecção linear clássica, como medições homódinas e heteródinas. Esta ideia levou-nos a uma busca por efeitos quânticos macroscópicos de ondas gravitacionais mensuráveis independentemente da nossa capacidade de detectar grávitons. Em resumo, perguntamos: quais previsões da descrição quântica efetiva da gravidade partindo da relatividade geral clássica poderiam ser detectadas em detectores de ondas gravitacionais?
No presente trabalho, relatamos alguns de nossos resultados mais recentes na tentativa de responder tal questão. Mostramos que dentro da descrição da gravidade da teoria do campo efetivo de baixa energia, existem estados quânticos de ondas gravitacionais - notadamente estados coerentes comprimidos - que poderiam causar efeitos não clássicos mensuráveis usando detectores interferométricos atuais ou de futuro próximo, como LIGO e VIRGEM. A geração de tais estados quânticos de ondas gravitacionais permanece desconhecida e muito ainda precisa ser pesquisado, mas nosso trabalho abre caminho para uma busca fenomenológica de tais efeitos, que dada a natureza não linear da gravidade de Einstein poderia ser produzida em campos astrofísicos fortes. eventos. Se detectados, os efeitos que descrevemos fornecem uma prova fumegante para a natureza mecânica quântica da gravidade, abrindo assim o caminho para medições experimentais do espaço-tempo quântico.
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Citado por
[1] A. Addazi, J. Alvarez-Muniz, R. Alves Batista, G. Amelino-Camelia, V. Antonelli, M. Arzano, M. Asorey, J. -L. Atteia, S. Bahamonde, F. Bajardi, A. Ballesteros, B. Baret, D. M. Barreiros, S. Basilakos, D. Benisty, O. Birnholtz, J. J. Blanco-Pillado, D. Blas, J. Bolmont, D. Boncioli, P. Bosso, G. Calcagni, S. Capozziello, J. M. Carmona, S. Cerci, M. Chernyakova, S. Clesse, J. A. B. Coelho, S. M. Colak, J. L. Cortes, S. Das, V. D'Esposito, M. Demirci, M. G. Di Luca, A. di Matteo, D. Dimitrijevic, G. Djordjevic, D. Dominis Prester, A. Eichhorn, J. Ellis, C. Escamilla-Rivera, G. Fabiano, S. A. Franchino-Viñas, A. M. Frassino, D. Frattulillo, S. Funk, A. Fuster, J. Gamboa, A. Gent, L. Á. Gergely, M. Giammarchi, K. Giesel, J.-F. Glicenstein, J. Gracia-Bondía, R. Gracia-Ruiz, G. Gubitosi, E. I. Guendelman, I. Gutierrez-Sagredo, L. Haegel, S. Heefer, A. Held, F. J. Herranz, T. Hinderer, J. I. Illana, A .Ioannisian, P. Jetzer, FR Joaquim, K.-H. Kampert, A. Karasu Uysal, T. Katori, N. Kazarian, D. Kerszberg, J. Kowalski-Glikman, S. Kuroyanagi, C. Lämmerzahl, J. Levi Said, S. Liberati, E. Lim, IP Lobo, M López-Moya, G. G. Luciano, M. Manganaro, A. Marcianò, P. Martín-Moruno, Manel Martinez, Mario Martinez, H. Martínez-Huerta, P. Martínez-Miravé, M. Masip, D. Mattingly, N. Mavromatos, A. Mazumdar, F. Méndez, F. Mercati, S. Micanovic, J. Mielczarek, A. L. Miller, M. Milosevic, D. Minic, L. Miramonti, V. A. Mitsou, P. Moniz, S. Mukherjee, G. Nardini, S. Navas, M. Niechciol, A. B. Nielsen, N. A. Obers, F. Oikonomou, D. Oriti, C. F. Paganini, S. Palomares-Ruiz, R. Pasechnik, V. Pasic, C. Pérez de los Heros, C. Pfeifer, M. Pieroni, T. Piran, A. Platania, S. Rastgoo, J. J. Relancio, M. A. Reyes, A. Ricciardone, M. Risse, M. D. Rodriguez Frias, G. Rosati, D. Rubiera-Garcia, H. Sahlmann, M. Sakellariadou, F. Salamida, E. N. Saridakis, P. Satunin, M. Schiffer, F. Schüssler, G. Sigl, J. Sitarek, J. Solà Peracaula, C. F. Sopuerta, T. P. Sotiriou, M. Spurio, D. Staicova, N. Stergioulas, S. Stoica, J. Strišković, T. Stuttard, D. Sunar Cerci, Y. Tavakoli, CA Ternes, T. Terzić, T. Thiemann, P. Tinyakov, M. D. C. Torri, M. Tórtola, C. Trimarelli , T. Trześniewski, A. Tureanu, FR Urban, EC Vagenas, D. Vernieri, V. Vitagliano, J. -C. Wallet, e J. D. Zornoza, “Fenomenologia da gravidade quântica no início da era multi-mensageiro-A revisão”, Progresso em Partículas e Física Nuclear 125, 103948 (2022).
[2] Mark P. Hertzberg e Jacob A. Litterer, “Bound on Quantum Fluctuations in Gravitational Waves from LIGO”, arXiv: 2112.12159.
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