Разработан метод повышения чувствительности детектора гравитационных волн
Метод увеличения точности измерения гравитационных волн разработан группой ученых во главе с физиком Джонотаном Крайпом из Луисвиллского государственного университета США, 24 сентября на страницах журнала Physical Review X.
Детекторы гравитационных волн дали новые возможности исследовать Вселенную. Они позволяют измерять рябь в пространстве–времени, возникающую при столкновении черных дыр и нейтронных звезд. Однако, возможности современных датчиков ограничены квантовыми флуктуациями, вызванными отражением света от зеркал детектора.
Учены представили метод устранения квантового обратного воздействия в лабораторном варианте системы измерения гравитационных волн. В системе используются зеркала размером с человеческий волос.
В рабочей большой системе используются 40-килограммовые зеркала для обнаружения проходящих гравитационных волн, но даже на таких размерах квантовые флуктуации света нарушают положение зеркал при отражении света. Квантовое обратное действие становится фундаментальным ограничением для чувствительности детекторов, ограничивая их способность извлекать астрофизическую информацию из гравитационных волн.
«Мы представляем экспериментальный стенд для изучения и устранения обратного квантового воздействия. Мы выполняем два измерения положения макроскопического объекта, в движении которого преобладает квантовое обратное действие, и показываем, что путем простого изменения схемы измерения мы можем удалить квантовые эффекты из измерений при смещении зеркал. Используя корреляции между фазой и напряженностью оптического поля, квантовое обратное действие устраняется», — заявил руководитель исследования.
Гаррет Коул, менеджер по технологиям в Thorlabs Crystalline Solutions (Crystalline Mirror Solutions была приобретена Thorlabs Inc. в прошлом году), и его команда сконструировали микромеханические зеркала из эпитаксиального многослойного материала, состоящего из чередующихся GaAs и AlGaAs. Литейный завод IQE North Carolina выращивал кристаллическую структуру зеркал, в то время как Коул и его команда, включая инженеров-технологов Паулу Хеу и Дэвида Фоллмана, производили устройства на заводе нанофабрикатов Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
«Выполняя это измерение на зеркале, видимом невооруженным глазом — при комнатной температуре и на частотах, слышимых человеческим ухом, — мы приближаем тонкие эффекты квантовой механики к сфере человеческого опыта. Приглушив квантовый шепот, мы теперь можем слушать более тонкие ноты космической симфонии», — сказал доктор философии Луисвильского университета Торри Каллен.
«Это исследование особенно актуально, потому что обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром LIGO, только что в прошлом месяце объявила в Nature, что они наблюдали эффекты квантового шума радиационного давления в обсерватории LIGO Ливингстон», — сказал Томас Корбитт, доцент кафедры Факультет физики и астрономии университета.
