Die Suche ist auf der Suche nach ersten Hinweisen auf Gravitationswellen, die sich im Kosmos bewegen. Sollte eine Gravitationswelle durch das Raum-Zeit-Volumen gehen, das die Erde umgibt, in der Theorie Der Laserstrahl erkennt eine kleine Änderung, wenn die vorbeiziehende Welle den Abstand zwischen den Spiegeln geringfügig verändert. Es ist erwähnenswert, dass diese geringfügige Änderung gering sein wird; in der Tat so klein, dass LIGO entwickelt wurde, um eine Abstandsschwankung von weniger als einem Tausendstel der Breite von a zu erfassen Proton. Das ist beeindruckend, aber es könnte besser sein. Jetzt glauben Wissenschaftler, einen Weg gefunden zu haben, die Empfindlichkeit von LIGO zu erhöhen. Verwenden Sie die seltsamen Quanteneigenschaften des Photons, um den Laserstrahl zu „quetschen“, damit eine Erhöhung der Empfindlichkeit erreicht werden kann…
LIGO wurde von Mitarbeitern von MIT und Caltech entwickelt, um nach Beobachtungsnachweisen für theoretische Gravitationswellen zu suchen. Es wird angenommen, dass sich Gravitationswellen im gesamten Universum ausbreiten, wenn massive Objekte die Raumzeit stören. Wenn beispielsweise zwei Schwarze Löcher kollidierten und verschmolzen (oder kollidierten und voneinander weggestrahlt wurden), sagt Einsteins allgemeine Relativitätstheorie voraus, dass eine Welligkeit durch das Raum-Zeit-Gefüge gesendet wird. Um zu beweisen, dass Gravitationswellen existieren, musste eine völlig andere Art von Observatorium gebaut werden, nicht um elektromagnetische Emissionen von der Quelle zu beobachten, sondern um den Durchgang dieser Störungen zu erfassen, die sich durch unseren Planeten bewegen. LIGO ist ein Versuch, diese Wellen zu messen. Bei gigantischen Einrichtungskosten von 365 Millionen US-Dollar besteht für die Anlage ein enormer Druck, die erste Gravitationswelle und ihre Quelle zu entdecken (weitere Informationen zu LIGO finden Sie unter "Hören" auf Gravitationswellen, um schwarze Löcher aufzuspüren). Leider wurden nach mehreren Jahren der Wissenschaft keine gefunden. Liegt das daran, dass es dort draußen keine Gravitationswellen gibt? Oder ist LIGO einfach nicht empfindlich genug?
Die erste Frage wird von LIGO-Wissenschaftlern schnell beantwortet: Es wird mehr Zeit benötigt, um einen längeren Zeitraum von Daten zu erfassen (es muss mehr „Expositionszeit“ geben, bevor Gravitationswellen erkannt werden). Es gibt auch starke theoretische Gründe, warum Gravitationswellen existieren sollten. Die zweite Frage hoffen Wissenschaftler aus den USA und Australien zu verbessern. Vielleicht braucht LIGO eine Steigerung der Empfindlichkeit.
Um Gravitationswellendetektoren empfindlicher zu machen, hat sich Nergis Mavalvala, Leiter dieser neuen Forschung und MIT-Physiker, auf die sehr kleinen konzentriert, um die sehr großen zu erkennen. Um zu verstehen, was die Forscher erreichen wollen, ist ein sehr kurzer Crashkurs in Quanten-Unschärfe erforderlich.
Detektoren wie LIGO sind auf hochpräzise Lasertechnologie angewiesen, um Störungen in der Raumzeit zu messen. Während sich Gravitationswellen durch das Universum bewegen, verursachen sie winzige Änderungen in der Entfernung zwischen zwei Positionen im Raum (der Raum wird durch diese Wellen effektiv „verzogen“). Obwohl LIGO eine Störung von weniger als einem Tausendstel der Breite eines Protons erkennen kann, wäre es großartig, wenn noch mehr Empfindlichkeit erzielt würde. Obwohl Laser von Natur aus genau und sehr empfindlich sind, werden Laserphotonen immer noch von der Quantendynamik bestimmt. Da die Laserphotonen mit dem Interferometer interagieren, gibt es einen gewissen Grad an Quantenfusseligkeit, was bedeutet, dass das Photon kein scharfer Punkt ist, sondern durch Quantenrauschen leicht unscharf wird. Um dieses Rauschen zu reduzieren, konnten Mavalvala und ihr Team Laserphotonen „quetschen“.
Laserphotonen besitzen zwei Größen: Phase und Amplitude. Die Phase beschreibt die Position der Photonen in der Zeit und die Amplitude beschreibt die Anzahl der Photonen im Laserstrahl. In dieser Quantenwelt, wenn die Laseramplitude verringert wird (wodurch ein Teil des Rauschens entfernt wird); Quantenunsicherheiten in der Laserphase nehmen zu (was zu etwas Rauschen führt). Es ist dieser Kompromiss, auf dem diese neue Quetschtechnik basiert. Wichtig ist die Genauigkeit bei der Messung der Amplitude und nicht der Phase, wenn versucht wird, eine Gravitationswelle mit Lasern zu erfassen.
Es ist zu hoffen, dass diese neue Technik auf die millionenschwere LIGO-Anlage angewendet werden kann, wodurch möglicherweise die Empfindlichkeit von LIGO um 44% erhöht wird.
“Die Bedeutung dieser Arbeit besteht darin, dass sie uns gezwungen hat, einige der praktischen Herausforderungen der Quetschzustandsinjektion zu bewältigen und zu lösen - und es gibt viele. Wir sind jetzt viel besser positioniert, um das Quetschen in den Detektoren im Kilometerbereich zu implementieren und diese schwer fassbare Gravitationswelle einzufangen. ” - Nergis Mavalvala.
Quelle: Physorg.com
