Etsinnässä etsitään ensimmäisiä todisteita kosmoksen ympärillä liikkuvista painovoima-aalloista. Pitäisikö gravitaatioaalto kulkea maata ympäröivän avaruus-ajan tilavuuden läpi, teoriassa lasersäde havaitsee pienen muutoksen, kun ohimenevä aalto muuttaa hieman peilien välistä etäisyyttä. On syytä huomata, että tämä pieni muutos on pieni; niin pieni tosiasiassa, että LIGO on suunniteltu havaitsemaan etäisyysvaihtelu, joka on vähemmän kuin yksi tuhannesosa leveydestä protoni. Tämä on vaikuttava, mutta se voisi olla parempi. Nyt tutkijat luulevat löytäneensä tavan lisätä LIGO: n herkkyyttä; Käytä fotonin omituisia kvanttiominaisuuksia "puristamaan" lasersätettä, jotta herkkyys kasvaa ...
MIG: n ja Caltechin yhteistyökumppanit suunnittelivat LIGO: n etsimään havainnollista näyttöä teoreettisista painovoima-aalloista. Gravitaatioaaltojen ajatellaan leviävän koko maailmankaikkeudessa, koska massiiviset esineet häiritsevät avaruus-aikaa. Esimerkiksi, jos kaksi mustaa reikää törmäsi ja sulautui yhteen (tai törmäsi ja räjähti toisistaan), Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian teoria ennustaa, että pulssi lähetetään koko avaruus-ajan kankaaseen. Osoittaakseen, että painovoima-aaltoja on olemassa, oli rakennettava aivan erityyppinen observatorio, joka ei tarkoita lähteestä tulevien sähkömagneettisten säteilyjen tarkkailua, vaan näiden planeettamme läpi kulkevien häiriöiden kulkemisen havaitsemista. LIGO on yritys mitata nämä aallot, ja hienoilla asennuskustannuksilla 365 miljoonaa dollaria laitokselle on valtava paine löytää ensimmäinen painovoima-aalto ja sen lähde (lisätietoja LIGOsta, katso ”Kuunteleminen” painovoima-aaltojen seuraamiseksi mustien reikien jäljittämiseksi). Valitettavasti useita vuosia kestäneen tieteen jälkeen ei ole löydetty yhtään. Onko tämä johtuu siitä, ettei siellä ole gravitaatioaaltoja? Vai eikö LIGO ole yksinkertaisesti riittävän herkkä?
LIGO-tutkijat vastaavat nopeasti ensimmäiseen kysymykseen: Pitemmän ajanjakson tietojen keräämiseen tarvitaan enemmän aikaa ("altistusaikaa" on oltava enemmän, ennen kuin gravitaatioaallot havaitaan). On myös vahvoja teoreettisia syitä, miksi gravitaatioaaltojen pitäisi olla olemassa. Toinen kysymys on asia, jota Yhdysvaltojen ja Australian tutkijat toivovat parantavan. Ehkä LIGO tarvitsee herkkyyden lisäämistä.
Jotta gravitaatioaaltoilmaisimet olisivat herkempiä, tämän uuden tutkimuksen johtaja ja MIT-fyysikko Nergis Mavalvala on keskittynyt hyvin pieneen auttaakseen havaitsemaan erittäin suuria. Ymmärtääksesi, mitä tutkijat toivovat saavuttavan, tarvitaan hyvin lyhyt kvanttifunssin törmäyskurssi.
LIGO: n kaltaiset ilmaisimet ovat riippuvaisia erittäin tarkasta lasertekniikasta häiriöiden mittaamiseksi avaruusaikana. Kun painovoima-aallot kulkevat maailmankaikkeuden läpi, ne aiheuttavat pieniä muutoksia etäisyydessä kahden avaruusaseman välillä (nämä aallot “käytännössä avaruutta”). Vaikka LIGOlla on kyky havaita häiriö, joka on vähemmän kuin tuhatosa protonin leveydestä, olisi hienoa, jos vielä enemmän herkkyyttä saadaan. Vaikka laserit ovat luontaisesti tarkkoja ja erittäin herkkiä, laserfotonit säätelevät edelleen kvantidynamiikkaa. Kun laserfotonit ovat vuorovaikutuksessa interferometrin kanssa, on jonkin verran kvanttista sumuisuutta, mikä tarkoittaa, että fotoni ei ole terävä nastapiste, vaan kvantisääni hämärtää sitä hieman. Pyrkiessään vähentämään tätä melua Mavalvala ja hänen tiiminsä ovat kyenneet “puristamaan” laserfotoneja.
Laservaloneilla on kaksi määrää: vaihe ja amplitudi. Vaihe kuvaa fotonien sijaintia ajassa ja amplitudi kuvaa fotonien lukumäärää lasersäteessä. Jos laser-amplitudi pienenee tässä kvantimaailmassa (poistetaan osa melusta); laserfaasin kvanttivarmuudet kasvavat (lisäämällä melua). Juuri tämä kompromissi on tämän uuden puristustekniikan perusta. Tärkeää on amplitudin mittauksen tarkkuus, ei vaiheen, kun yritetään havaita painovoima-aalto laserilla.
Toivotaan, että tätä uutta tekniikkaa voidaan soveltaa usean miljoonan dollarin LIGO-järjestelyyn, mikä mahdollisesti kasvattaa LIGOn herkkyyttä 44%.
“Tämän työn merkitys on, että se pakotti meidät vastaamaan ja ratkaisemaan joitain puristetun valtion injektion käytännön haasteita ”, ja niitä on monia. Meillä on nyt paljon paremmat mahdollisuudet toteuttaa puristaminen kilometrimittakaavojen ilmaisimissa ja tarttua siihen vaikeaseen gravitaatioaaltoon.” - Nergis Mavalvala.
Lähde: Physorg.com
