Sökningen pågår för att upptäcka de första bevisen på gravitationella vågor som reser runt kosmos. Om en gravitationsvåg passerar volymen av rymdtid som omger jorden, i teorin laserstrålen kommer att upptäcka en liten förändring när den förbipasserande vågen förändrar något avståndet mellan speglar. Det är värt att notera att denna lilla förändring kommer att vara liten; så små faktiskt att LIGO har utformats för att upptäcka en avståndsfluktuation på mindre än en tusendel av bredden på en proton. Det här är imponerande, men det kan vara bättre. Nu tror forskare att de har hittat ett sätt att öka känsligheten för LIGO; använd fotonens konstiga kvantegenskaper för att ”pressa” laserstrålen så att en känslighetsökning kan uppnås ...
LIGO designades av kollaboratörer från MIT och Caltech för att söka observationsbevis för teoretiska gravitationsvågor. Gravitationsvågor tros sprida sig över hela universum då massiva föremål stör tid och rum. Till exempel, om två svarta hål kolliderade och slogs samman (eller kolliderade och sprängdes bort från varandra), förutspår Einsteins teori om allmän relativitet att en krusning kommer att skickas genom rymdens tid. För att bevisa gravitationsvågor existerar, behövdes en helt annan typ av observatorium byggas, inte för att observera elektromagnetiska utsläpp från källan, utan för att upptäcka passagen för dessa störningar som reser genom vår planet. LIGO är ett försök att mäta dessa vågor, och med en gigantisk uppsättningskostnad på 365 miljoner dollar finns det enormt tryck för anläggningen att upptäcka den första gravitationsvågen och dess källa (för mer information om LIGO, se “Lyssna” för gravitationella vågor för att spåra svarta hål). Tyvärr, efter flera års vetenskap har ingen hittats. Är det för att det inte finns några gravitationsvågor där ute? Eller är LIGO helt enkelt inte känslig?
Den första frågan besvaras snabbt av LIGO-forskare: mer tid krävs för att samla in en längre period med data (det måste finnas mer "exponeringstid" innan gravitationsvågor upptäcks). Det finns också starka teoretiska skäl till varför gravitationella vågor bör existera. Den andra frågan är något som forskare från USA och Australien hoppas kunna förbättra. kanske LIGO behöver en ökning av känsligheten.
För att göra gravitationsvågdetektorer mer känsliga har Nergis Mavalvala ledare för denna nya forskning och MIT-fysiker fokuserat på de mycket små för att upptäcka de mycket stora. För att förstå vad forskarna hoppas kunna uppnå, krävs en mycket kort kraschkurs i kvant ”fuzziness”.
Detektorer som LIGO är beroende av mycket noggrann laserteknik för att mäta störningar i rymden. När gravitationsvågorna reser genom universum, orsakar de små förändringar i avståndet mellan två positioner i rymden (rymden "effektivt" snedvrids av dessa vågor). Även om LIGO har förmågan att upptäcka en störning på mindre än en tusendel av bredden på en proton, skulle det vara bra om ännu mer känslighet förvärvas. Även om lasrar i sig är exakta och mycket känsliga styrs laserfotoner fortfarande av kvantdynamik. När laserfotonerna interagerar med interferometern finns det en grad av kvantfuskighet, vilket betyder att fotonen inte är en skarp stiftpunkt, utan något suddig av kvantbrus. I ett försök att minska detta brus har Mavalvala och hennes team kunnat ”pressa” laserfotoner.
Laserfotoner har två kvantiteter: fas och amplitud. Fas beskriver fotonens position i tid och amplituden beskriver antalet fotoner i laserstrålen. I denna kvantvärld, om laseramplituden reduceras (ta bort något av bruset); kvant osäkerheter i laserfasen kommer att öka (lägga till lite brus). Det är denna avvägning som denna nya pressningsteknik bygger på. Det som är viktigt är noggrannhet vid mätningen av amplituden, inte fasen, när man försöker upptäcka en gravitationsvåg med lasrar.
Man hoppas att denna nya teknik kan tillämpas på LIGO-anläggningen med flera miljoner dollar, vilket möjligen ökar LIGOs känslighet med 44%.
“Betydelsen av detta arbete är att det tvingade oss att konfrontera och lösa några av de praktiska utmaningarna med pressad statlig injektion - och det finns många. Vi är nu mycket bättre positionerade för att genomföra pressning i kilometerskala detektorerna och fånga den svårfångade gravitationsvågen”. - Nergis Mavalvala.
Källa: Physorg.com
