LIGO получит квантовое обновление. Ученые LIGO объявили, что 14 февраля планируемое обновление усовершенствованной лазерной интерферометровой гравитационно-волновой обсерватории LIGO основано на ловких квантовых методах. Эта модернизация стоимостью 35 миллионов долларов может позволить ученым в среднем ловить гравитационную волну каждый день. Исследователи LIGO заявили на пресс-конференции на ежегодном собрании Американской ассоциации развития науки, что нынешний счет 11 событий гравитационной волны может быть превзойден за одну неделю.

Фото: Ученые работали над обновлением до LIGO. Вскоре детектор гравитационных волн начнет использовать квантовые методы.

Начиная с 2024 года, улучшенный детектор, известный как Advanced LIGO Plus, будет пытаться изменить квантовое правило, принцип неопределенности Гейзенберга, чтобы улучшить способность машины обнаруживать пульсации в пространстве-времени. Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что невозможно точно измерить определенные свойства, такие как положение и импульс объекта, одновременно.

В LIGO это означает, что ученые, работающие на свету, отслеживают гравитационные волны. На каждом из двух детекторов обсерватории, расположенных в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон, лазерный луч отражается взад и вперед в пределах двух 4-километровых плеч, расположенных в виде буквы «L». Чтобы определить, проходит ли гравитационная волна, ученые измеряют яркость света, где встречаются руки и лучи рекомбинируют ( SN: 3/5/16, стр. 22 ).

Волны встречаются

В детекторах LIGO (один из которых показан) свет от лазера отражается от одной руки назад и вперед через волну. Эти световые волны рекомбинируют и регистрируются детектором света (внизу справа). Новая версия детектора будет стремиться минимизировать квантовые флуктуации, которые влияют на этот свет.

Из-за квантовой механики, этот свет колеблется двумя способами: в его фазе, время световая волна; и в его амплитуде, которая определяет интенсивность света. Эта вариация запутывает измерения LIGO, затрудняя обнаружение тонких сигналов гравитационной волны. Таким образом, в следующем раунде работы LIGO, который начнется в апреле, исследователи впервые будут использовать квантовый «сжатый» свет, при котором флуктуации фазы света уменьшаются. В результате LIGO будет лучше улавливать волны более высоких частот — рябь, которая будет иметь более высокую высоту звука, если будет преобразована в звуковые волны.

«Это захватывающе, но идет со штрафом», — сказал на пресс-конференции физик Майкл Цукер из Caltech и MIT LIGO Laboratory. Колебания мощности света усиливаются, что затрудняет измерение низкочастотных гравитационных волн. «Это не освобождает вас от принципа неопределенности Гейзенберга».

Но в Advanced LIGO Plus ученые будут использовать систему, которая сделает лучшее из обоих миров, сжимая свет в одну сторону для более низкой частоты пульсаций, а другую для более высоких частотных сигналов, чтобы улучшить производительность машины в целом. «Это еще один шаг по сложности», — говорит физик Хартмут Гроте из Кардиффского университета в Уэльсе. Гроте помог пионировать методы сжатия света в меньшем детекторе гравитационных волн под названием GEO 600, расположенном недалеко от Ганновера, Германия.

Ожидается, что еще один детектор в Индии, названный LIGO-India, включится примерно в то же время, что и Advanced LIGO Plus, и будет использовать те же квантовые методы.

По материалам sciencenews.org