新技術通過降低量子噪聲改善了引力波探測器
物理學家已經(jīng)成功開發(fā)了一種新的儀器,該儀器可以顯著降低量子級噪聲,因此迄今為止,該技術只能限制實驗發(fā)現(xiàn)引力波的能力。大量的黑洞與恒星之間的碰撞被認為會在時空中產(chǎn)生這些漣漪,這種漣漪在2015年首次被發(fā)現(xiàn)。到目前為止,總共已確認約11次探測。
該設備標志著激光干涉儀重力波天文臺(LIGO)的一項重大改進,將其檢測范圍擴大了15%。由于天空是一個球體,因此科學家希望能夠探測到大約50%以上的引力波。他們現(xiàn)在預測,在LIGO進行至2020年4月的正在進行的實驗中,他們將捕捉到數(shù)十種罕見事件,這可能會改變他們對現(xiàn)象的理解。這項合作今天在《物理評論快報》上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
麻省理工學院天體物理學家,領導這項工作的科學家之一麗莎·巴索蒂(Lisa Barsotti)說:“這確實是一個轉折點,因為現(xiàn)在我們真的可以對所有這些檢測進行統(tǒng)計了。” “這就是為什么它正在成為引力波天文學的新時代。”
LIGO在華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的探測器使用巨型干涉儀揭示了入射的引力波。其中包括激光從鏡子彈起并沿著兩個L型臂(長度為4公里)傳播。重力波使手臂繃緊,從而使一對激光束變得異相。
但是,由于隨機波動會輕微地調節(jié)光子(激光的最小量子位)的到達時間,因此,物理學家探測如此微小信號的能力受到看似無法克服的量子噪聲的限制。為了解決這個問題,Barsotti和她的同事在干涉儀的臂腔中使用了一種量子“擠壓器”,該晶體可以操縱激光器和量子真空之間的相互作用,并在光子之間產(chǎn)生較小的波動。
這項成就匯集了量子物理學和天體物理學方面的專業(yè)知識,使黑洞和極稠密的中子星相互碰撞時能夠進行更靈敏的檢測。其他碰撞物體,例如超新星爆炸和更典型的恒星,會產(chǎn)生引力波,而這些引力波仍然太小,無法用當前的技術拾取。
LIGO的歐洲同行也在Advanced Virgo中使用意大利北部制造的檢測器測試了類似的量子壓縮設備。Barsotti預測,量子壓縮光將成為所有下一代探測器的標準,例如提議的Cosmic Explorer,它將在地面延伸40公里,從而進一步提高其靈敏度。
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