Приглушив квантовый шепот, мы теперь можем слушать более тонкие ноты космической симфонии.
Детекторы гравитационных волн открыли новое окно во Вселенную, измерив рябь в пространстве-времени, возникающую при столкновении черных дыр и нейтронных звезд, но в конечном итоге они ограничены квантовыми флуктуациями, вызванными отражением света от зеркал. LSU Ph.D. Выпускник физики Джонатан Крайп, научный сотрудник NIST, и его команда исследователей LSU провели новый эксперимент с учеными из Калифорнийского технологического института и Thorlabs, чтобы изучить способ отменить это квантовое обратное действие и улучшить чувствительность детектора.
В новой статье в Physical Review X исследователи представляют метод устранения квантового обратного воздействия в упрощенной системе с использованием зеркала размером с человеческий волос и показывают, что движение зеркала уменьшается в соответствии с теоретическими предсказаниями. Исследование было поддержано Национальным научным фондом.
Несмотря на использование 40-килограммовых зеркал для обнаружения проходящих гравитационных волн, квантовые флуктуации света нарушают положение зеркал, когда свет отражается. Поскольку детекторы гравитационных волн продолжают становиться все более чувствительными с постепенными обновлениями, это квантовое обратное действие станет фундаментальным ограничением чувствительности детекторов, ограничивая их способность извлекать астрофизическую информацию из гравитационных волн.
«Мы представляем экспериментальный стенд для изучения и устранения обратного квантового воздействия», - сказал Крайп. «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 измерения смещения. За счет использования корреляций между фазой и интенсивностью оптического поля устраняется квантовое обратное воздействие ».
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. Внешний литейный завод, IQE North Carolina, выращивал кристаллическую структуру, 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», - говорит доктор философии ЛГУ. кандидат Торри Каллен сказал. Приглушив квантовый шепот, мы теперь можем слушать более тонкие ноты космической симфонии ».
«Это исследование особенно актуально, потому что обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром, или LIGO, только что объявила в прошлом месяце в журнале Nature, что они наблюдали эффекты квантового радиационного шума давления в обсерватории LIGO Livingston», - Томас Корбитт, доцент LSU. - сказал Департамент физики и астрономии.
Работу над этой статьей «Квантовые корреляции между светом и зеркалами LIGO массой килограмм» возглавили Нергис Мавалвала, декан Школы наук Массачусетского технологического института, а также постдокторант Хаокун Ю и исследователь Ли Маккаллер, оба в Институте астрофизики и космических исследований MIT Кавли.
«Квантовый шум радиационного давления уже проявляется в минимальном уровне шума в Advanced LIGO, и вскоре он станет ограничивающим источником шума в детекторах GW», - сказал Мавалвала. «Более глубокие астрофизические наблюдения станут возможны только в том случае, если мы сможем уменьшить его, и этот прекрасный результат группы Корбитта из LSU демонстрирует методику для этого».
***
Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки
Подписывайся на канал. Впереди много интересной информации.
