¿Pueden las ondas gravitatorias producir fotones?, ¿Cómo podrían descubrirse estos fotones, y puede ser esto una nueva prueba de la existencia de ondas gravitacionales?

En un artículo reciente (arXiv:1610.02973 [gr-qc]) escrito por dos profesores universitarios de EE. UU. (de la Universidad Estatal de California en Fresno y la Universidad Aeronáutica Embry Riddle), se ha demostrado teóricamente que se podrían producir partículas sin masa, como fotones. por las ondas gravitacionales.

En particular escribieron:

"Si el mecanismo de producción de radiación electromagnética del fondo de ondas gravitacionales propuesto aquí ocurre y es significativo, entonces predeciríamos que la señal de ondas gravitacionales también debería estar acompañada por una señal electromagnética. Sin embargo, en nuestro proceso, esta señal electromagnética debería tener aproximadamente la misma frecuencia que la de la onda gravitatoria. Por lo tanto, predeciríamos que la onda electromagnética proveniente de la onda gravitacional tendría longitudes de onda extremadamente largas, del orden de 100s de kilómetros, es decir, la onda electromagnética asociada tendría longitudes de onda muy grandes. Estas longitudes de onda son de tal longitud que fácilmente podrían haber pasado desapercibidos hasta ahora".

Dos preguntas particulares que podemos hacer son:

1- ¿Cómo se pudieron descubrir ondas electromagnéticas de tan gran longitud de onda?

2- ¿El descubrimiento de este tipo de ondas electromagnéticas puede ser otra prueba de la existencia de ondas gravitacionales?

Respuestas (1)

Dos respuestas para sus dos preguntas, pero primero permítanme decir que no he leído el documento para determinar su veracidad o precisión, ni los parámetros además de la longitud de onda (como la potencia y la directividad). Tal vez puedas ampliar eso.

1) detección de ondas de radio con longitudes de onda (WL) de cientos de kilómetros

Ya está hecho para comunicaciones con submarinos sumergidos y detecciones de otras perturbaciones atmosféricas y solares. La antena más simple es simplemente un cable largo que se arrastra detrás del submarino. Obviamente, no tiene cientos de kilómetros de largo, sino más bien cientos de metros de largo. Detectará, pero no es una antena de alta ganancia, o incluso de ganancia cero, sino que es una antena con pérdidas. Así que todo depende de la cantidad de energía que se recibe.

Tenga en cuenta que 100 km WL es 3 KHz. Ese rango de frecuencia e incluso más bajo se llama VLF (muy baja frecuencia), y también ULF lo suficientemente bajo. Consulte el artículo de wiki sobre ondas ULF, también tiene una imagen de lo que se necesita para generarlas y comunicarse con los submarinos. Ha habido otros detectores o antenas para VLF y ULF, generalmente un conjunto distribuido de antenas en un área grande.

Toda la cuestión es cuál es el nivel de potencia que debe detectar y cómo se asegura de que se trata de ondas gravitacionales y no del sol, o efectos magnéticos en la tierra, etc., es decir, cómo es único. El nivel de potencia será el parámetro crítico.

Dado que las ondas EM interactúan más fuertemente con la materia que las ondas gravitatorias, incluso si son algunos órdenes de magnitud más débiles (potencia I, en la antena), aún podría ser más fácil detectarlas. La unicidad es otra cuestión.

2) otra prueba de las ondas gravitacionales? No lo necesito, ya se ha detectado de forma indirecta (que esto también lo sería) y de forma directa. Pero sería evidencia adicional, y también podría decirnos algo sobre los parámetros de ondas gravitacionales que complementarían lo que observamos directamente.

Específicamente, si podemos obtener la dirección de llegada de una combinación de 3-4 detectores, podríamos ubicar la fuente, pero eso también será un problema similar al que necesitamos para eso de las ondas gravitacionales porque tienen una longitud de onda similar ( para la búsqueda de dirección) y la misma velocidad (para la diferencia horaria de las llegadas), por lo que aproximadamente las mismas precisiones. Aún así, eso podría usarse para correlacionarlos, en dirección o ubicación y tiempo.

Totalmente de acuerdo en 1) y 2); Especialmente en 2): la evidencia del mecanismo de emisión sería el verdadero problema aquí, no la evidencia de las ondas en sí mismas. En 1) Estoy de acuerdo en que detectar esas señales será muy difícil, pero tal vez con muchas antenas, mediciones de coincidencia y muy buenos modelos para lo que uno espera ver, podría ser posible.
De acuerdo, después de mirar el documento, el mecanismo propuesto es similar al mecanismo de Schwinger para pares de positrones de electrones de un campo eléctrico fuerte estático. El documento no calculó la potencia, o de hecho la tasa de producción de gravitones, pero dio una estimación parcial de la reducción en la amplitud de la onda gravitatoria debida a ella, que para obtener una estimación de la potencia producida debe integrarse. Además, el cálculo es para fotones 'escalares', es decir, todavía hay que hacer un cálculo para fotones reales. Si realmente sucede y se detecta, detectar el efecto Schinder sería un nuevo hallazgo.
Tenga en cuenta que GW se ha detectado directamente ahora.
El nuevo hallazgo posible sería si el mecanismo de Schwinger. suceder. El documento se refería a una variación que llamaron efecto Schwinger dinámico, inducido por GW. Por supuesto, las ondas gravitacionales se han detectado previamente, y está claro que eso no es una confirmación de ese efecto Schwinger dinámico. No sé si ese efecto cuántico tiene un equivalente GR, pero incluso entonces la confirmación experimental de eso, clásicamente o cuánticamente, sería una nueva detección, y serían confirmaciones del efecto cuántico, y si clásicamente también en las ecuaciones, otra confirmación. de GR – Bob Bee 7 min
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