Идет поиск, чтобы обнаружить первые доказательства гравитационных волн, распространяющихся по космосу. Если гравитационная волна пройдет через объем пространства-времени, окружающего Землю, в теории лазерный луч обнаружит небольшое изменение, поскольку проходящая волна немного меняет расстояние между зеркалами. Стоит отметить, что это небольшое изменение будет небольшим; настолько мал, что LIGO был разработан для обнаружения флуктуации расстояния менее одной тысячной ширины протон, Это впечатляет, но могло бы быть и лучше. Теперь ученые считают, что нашли способ повысить чувствительность LIGO; использовать странные квантовые свойства фотона, чтобы «сжать» лазерный луч, чтобы увеличить чувствительность…
Коллеги из Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института разработали LIGO для поиска наблюдательных свидетельств теоретических гравитационных волн. Считается, что гравитационные волны распространяются по всей Вселенной, поскольку массивные объекты нарушают пространство-время. Например, если две черные дыры столкнулись и слились (или столкнулись и взорвались друг от друга), теория общей теории относительности Эйнштейна предсказывает, что пульсация будет распространяться по всей структуре пространства-времени. Чтобы доказать, что гравитационные волны действительно существуют, необходимо построить обсерваторию совершенно другого типа, не для наблюдения электромагнитных излучений от источника, а для обнаружения прохождения этих возмущений, проходящих через нашу планету. LIGO - это попытка измерить эти волны, и при огромных затратах на установку в размере 365 млн. Долл. США предприятие испытывает огромное давление, чтобы обнаружить первую гравитационную волну и ее источник (для получения дополнительной информации о LIGO см. «Слушая» гравитационные волны, чтобы выследить черные дыры). Увы, после нескольких лет науки ни один не был найден. Это потому, что там нет гравитационных волн? Или LIGO просто недостаточно чувствителен?
Ученые LIGO быстро отвечают на первый вопрос: требуется больше времени для сбора более длинного периода данных (должно быть больше «времени воздействия», прежде чем обнаружатся гравитационные волны). Существуют также веские теоретические причины, по которым гравитационные волны должны существовать. Второй вопрос - это то, что ученые из США и Австралии надеются улучшить; возможно, ЛИГО нуждается в повышении чувствительности.
Чтобы сделать детекторы гравитационных волн более чувствительными, Нергис Мавалвала, руководитель этого нового исследования и физик из Массачусетского технологического института, сосредоточился на очень маленьких, чтобы помочь обнаружить очень большие. Чтобы понять, на что надеются исследователи, необходим очень краткий ускоренный курс по квантовой «нечеткости».
Детекторы, такие как LIGO, используют высокоточные лазерные технологии для измерения возмущений в пространстве-времени. По мере того, как гравитационные волны проходят через Вселенную, они вызывают крошечные изменения расстояния между двумя положениями в пространстве (эти волны эффективно деформируют пространство). Хотя LIGO обладает способностью обнаруживать возмущение, составляющее менее одной тысячной ширины протона, было бы здорово, если бы была приобретена еще большая чувствительность. Хотя лазеры по своей природе точны и очень чувствительны, лазерные фотоны все еще управляются квантовой динамикой. Поскольку лазерные фотоны взаимодействуют с интерферометром, существует определенная степень квантовой нечеткости, означающая, что фотон не является острой точкой, а слегка размыт квантовым шумом. В попытке уменьшить этот шум Мавалвала и ее команда смогли «сжать» лазерные фотоны.
Лазерные фотоны обладают двумя величинами: фазой и амплитудой. Фаза описывает положение фотонов во времени, а амплитуда описывает количество фотонов в лазерном луче. В этом квантовом мире, если лазерная амплитуда уменьшается (удаляя часть шума); квантовые неопределенности в лазерной фазе будут увеличиваться (добавляя некоторый шум). Именно этот компромисс лежит в основе этой новой техники сжатия. Важна точность измерения амплитуды, а не фазы при попытке обнаружить гравитационную волну с помощью лазеров.
Следует надеяться, что этот новый метод может быть применен к установке LIGO стоимостью в несколько миллионов долларов, что, возможно, повысит чувствительность LIGO на 44%.
“Значение этой работы состоит в том, что она вынуждает нас противостоять и решать некоторые практические проблемы внедрения сжатого состояния - и их много. Теперь мы гораздо лучше подготовлены к внедрению сжатия в детекторах километрового масштаба и улавливанию этой неуловимой гравитационной волны.«. - Нергис Мавалвала.
Источник: Physorg.com
