Ученые прослушали квантовый вакуум

Слушая космический вакуумПоскольку обнаружение гравитационных волн от двух черных дыр, соприкасающихся на расстоянии более миллиарда световых лет, было сделано в 2015 году, физики расширяют знания об ограничениях точности измерений, которые помогут улучшить следующее поколение инструментов и технологий.

Доцент кафедры физики и астрономии государственного университета Луизианы Томас Корбитт и его команда исследователей представляют первое широкополосное, нерезонансное измерение шума давления квантового излучения в звуковом диапазоне на частотах, относящихся к измерителям гравитационных волн.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом, или NSF, и результаты напрашиваются на выводы по улучшению чувствительности детекторов гравитационных волн путем разработки методов, уменьшающих неточность в измерениях, называемых «обратным действием», таким образом увеличивая шансы обнаружения гравитационной волны.

Корбитт и исследователи разработали устройства, которые позволяют наблюдать и слышать квантовые эффекты при комнатной температуре. Размещенные в миниатюрных моделях детекторов, таких как LIGO или Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, эти устройства состоят из монокристаллических микрорезонаторов с низкими потерями.

Каждый из них — это крошечная зеркальная накладка размером с булавочный укол, подвешенная к консоли. Лазерный луч направляется на одно из этих зеркал, и, когда он отражается, колебательного давления излучения достаточно, чтобы изогнуть консольную конструкцию, вызывая вибрацию подушки зеркала, что создает шум.

Гравитационно-волновые интерферометры используют максимально возможную мощность лазера, чтобы минимизировать неопределенность, вызванную измерением дискретных фотонов, и максимизировать отношение сигнал / шум. Эти лучи с более высокой мощностью увеличивают точность позиционирования, но также увеличивают обратное действие, то есть неопределенность количества фотонов, отражающихся от зеркала, что соответствует колебательной силе, вызванной давлением излучения на зеркало, вызывающим механическое движение.

Другие типы шума, такие как термический шум, обычно преобладают над шумом давления квантового излучения, но Корбитт и его команда, включая сотрудников MIT, разобрались с ними. Усовершенствованные LIGO и другие интерферометры второго и третьего поколения будут ограничены шумом давления квантового излучения на низких частотах при работе на полную мощность лазера. Корбитт высказал в научном журнале подсказки о том, как исследователи могут обойти это при измерении гравитационных волн.

Популярные материалы