Pátrá se po odhalení prvních důkazů gravitačních vln putujících kolem vesmíru. Pokud gravitační vlna projde objemem časoprostoru obklopujícího Zemi, teoreticky laserový paprsek detekuje malou změnu, když procházející vlna mírně mění vzdálenost mezi zrcadly. Stojí za zmínku, že tato malá změna bude malá; ve skutečnosti tak malý, že LIGO bylo navrženo tak, aby detekovalo kolísání vzdálenosti menší než tisícina šířky proton. To je působivé, ale mohlo by to být lepší. Nyní si vědci myslí, že našli způsob, jak zvýšit citlivost LIGO; použijte zvláštní kvantové vlastnosti fotonu k „stlačení“ laserového paprsku, aby bylo možné dosáhnout zvýšení citlivosti ...
LIGO byl navržen spolupracovníky z MIT a Caltech pro vyhledávání observačních důkazů o teoretických gravitačních vlnách. Předpokládá se, že gravitační vlny se šíří po celém vesmíru, protože masivní objekty narušují časoprostor. Například, pokud se dvě černé díry srazí a sloučí (nebo se srazí a odstřelí od sebe), Einsteinova teorie obecné relativity předpovídá, že vlnění bude zasláno skrz strukturu časoprostoru. Abychom dokázali existenci gravitačních vln, je třeba vybudovat úplně jiný typ observatoře, ne pozorovat elektromagnetické emise ze zdroje, ale detekovat průchod těchto poruch, které putují naší planetou. LIGO je pokus o měření těchto vln as nákladem na nastavení gargantuánů ve výši 365 milionů USD existuje obrovské úsilí, aby zařízení objevilo první gravitační vlnu a její zdroj (další informace o LIGO viz „Poslouchání“ gravitačních vln, aby vystopovaly černé díry). Bohužel, po několika letech vědy nebyly nalezeny žádné. Je to proto, že tam nejsou gravitační vlny? Nebo LIGO prostě není dostatečně citlivý?
První otázka je rychle zodpovězena vědci LIGO: je potřeba více času ke sběru delšího období dat (před detekcí gravitačních vln je zapotřebí více „expozičního času“). Existují také silné teoretické důvody, proč by gravitační vlny měly existovat. Druhá otázka je něco, co vědci z USA a Austrálie doufají, že se zlepší; možná LIGO potřebuje zvýšení citlivosti.
Aby se detektory gravitačních vln staly citlivějšími, Nergis Mavalvala, vedoucí tohoto nového výzkumu a fyzik MIT, se zaměřil na velmi malé, aby pomohl odhalit ty velké. Abychom pochopili, čeho vědci doufají, dosáhnou, je zapotřebí velmi krátkého nárazového kurzu v kvantové „moudrosti“.
Detektory, jako je LIGO, závisí na vysoce přesné laserové technologii pro měření poruch v časoprostoru. Jak gravitační vlny putují vesmírem, způsobují malé změny ve vzdálenosti mezi dvěma pozicemi ve vesmíru (těmito vlnami se efektivně „deformuje“). Přestože LIGO má schopnost detekovat poruchu menší než tisícinu šířky protonu, bylo by skvělé, kdyby se získala ještě větší citlivost. Ačkoli jsou lasery ze své podstaty přesné a velmi citlivé, laserové fotony jsou stále řízeny kvantovou dynamikou. Jak laserové fotony interagují s interferometrem, existuje určitý stupeň kvantové chabosti, což znamená, že foton není ostrý bod, ale mírně rozmazaný kvantovým šumem. Ve snaze snížit tento hluk byly Mavalvala a její tým schopny „vytlačit“ laserové fotony.
Laserové fotony mají dvě veličiny: fázi a amplitudu. Fáze popisuje polohu fotonů v čase a amplituda popisuje počet fotonů v laserovém paprsku. V tomto kvantovém světě, pokud je amplituda laseru snížena (odstranění části šumu); kvantové nejistoty v laserové fázi se zvýší (přidá se nějaký šum). Je to kompromis, na kterém je tato nová technika mačkání založena. Důležitá je přesnost měření amplitudy, nikoli fáze, když se pokouší detekovat gravitační vlnu pomocí laserů.
Doufáme, že tuto novou techniku lze použít na zařízení LIGO s více miliony dolaru, případně zvýšit citlivost LIGO o 44%.
“Význam této práce je, že nás nutil konfrontovat a řešit některé praktické výzvy stlačené státní injekce - a je jich mnoho. Nyní jsme mnohem lépe připraveni na stlačování detektorů v kilometrovém měřítku a zachycení nepolapitelné gravitační vlny. “ - Nergis Mavalvala.
Zdroj: Physorg.com
