Experimentul LIGO a depășit limita cuantică

LIGO a depășit limita cuantică. O tehnică de forțare a luminii prin interferometrul LIGO a permis măsurătorilor să facă acest lucru.

LIGO a depășit limita cuantică. Pentru LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), acesta este un nou tărâm îndrăzneț al sensibilității, oferindu-i detectorului de unde gravitaționale capacitatea de a găsi cu 60% mai multe fuziuni de stele moarte decât rata de funcționare anterioară, care a fost în jur de una sau două detecții în fiecare săptămână.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Tehnica se numește forțare dependentă de frecvență, eludând limitările anterioare care l-au împiedicat pe LIGO să facă detecții la scară cuantică.

„Acum că am depășit această limită cuantică, putem face mult mai multă astronomie. LIGO folosește lasere și oglinzi mari pentru a face observații, dar lucrăm la un nivel de sensibilitate care înseamnă că dispozitivul este afectat de tărâmul cuantic”, spune fizicianul Lee McCuller, de la Caltech (SUA).

LIGO a depășit limita cuantică

Sensibilitatea lui LIGO era deja absolut uluitoare. Interferometrul funcționează prin detectarea ondulațiilor în spațiu-timp care sunt generate de ciocnirea găurilor negre și a stelelor neutronice, aflate la distanță de milioane de miliarde de ani-lumină.

Acestea provoacă unde gravitaționale, precum undele dintr-un iaz. Nu le putem simți; dar pot fi detectate în abateri minuscule pe calea luminii dintr-un tunel foarte lung, explică Science Alert.

Aceste abateri sunt incredibil de mici, de până la trilioane de ori mai mici decât un fir de păr uman. Dar la scări subatomice (tărâmul cuantic), abilitățile lui LIGO sunt îngreunate. Acest lucru este cauzat de faptul că, la acele scări neînchipuit de mici, particulele ies și intră aleatoriu în spațiu, creând un șuierat de fundal de zgomot cuantic constant care este mai puternic decât orice semnal.

Forțarea dependentă de frecvență este o modalitate de a amplifica semnalele pentru a fi „mai puternice” decât zgomotul cuantic. Acest lucru seamănă, spun fizicienii, cu strângerea unui balon. Când strângi un balon la un capăt, celălalt capăt devine mai mare. De asemenea, dacă modifici o proprietate a luminii, cum ar fi amplitudinea (sau puterea), alte proprietăți, cum ar fi frecvența, pot fi măsurate mai precis.

Cum este schimbată cercetarea de către noua tehnologie?

Dar deși s-ar putea câștiga precizie într-o zonă, se pierde în cealaltă. LIGO are tehnologie pentru forțarea dependentă de frecvență din 2019, dar nu a fost deosebit de flexibilă. Noul upgrade înseamnă că strângerea este mai flexibilă; lumina poate fi strânsă în mai multe moduri pentru a amplifica frecvența undelor gravitaționale pe care le caută oamenii de știință.

„Înainte, trebuia să alegem unde doream ca LIGO să fie mai precis. Acum avem ce e mai bun din ambele lumi. Știm de ceva vreme cum să scriem ecuațiile pentru ca acest lucru să funcționeze, dar nu era clar că am putea să o facem să funcționeze până acum. Este ca într-un film SF”, spune fizicianul Rana Adhikari, de la Caltech.

Tehnologia funcționează prin utilizarea cristalelor care transformă fotoni singulari rătăciți din tuburile cu vid de 4 kilometri ale LIGO în doi fotoni încâlciți cu energie mai mică.

Acești fotoni interacționează cu fasciculele laser care strălucesc prin tuneluri pentru a stoarce lumina laser în modul dorit. Când undele gravitaționale răsună, aceste fascicule laser sunt agitate în așa fel încât mișcarea să poată fi captată la celălalt capăt.

Ce se va întâmpla acum că LIGO a depășit limita cuantică?

Noua tehnologie de stoarcere dependentă de frecvență funcționează prin alternarea modului în care stoarce lumina, astfel încât atât frecvențele mai înalte, cât și cele inferioare sunt amplificate. Tehnologia este în funcțiune de când a început activitatea curentă de observare a LIGO, în mai, și probabil va fi instalată în detectorul Virgo din Italia înainte de încheierea perioadei de observare.

Acest lucru înseamnă că este probabil să vedem o creștere semnificativă a numărului de coliziuni de găuri negre și stele neutronice pe care le observăm în Univers.

„Profităm în sfârșit de Universul nostru gravitațional. În viitor, putem îmbunătăți și mai mult sensibilitatea. Aș dori să văd cât de departe o putem împinge”, spune fizicianul Lisa Barsotti, de la MIT.

Cercetarea va fi publicată în Physical Review X.

Vă recomandăm să citiți și:

Adevărata vârstă a Lunii, dezvăluită cu mostrele aduse de astronauții Apollo 17 pe Pământ

Descoperire surpriză pe Jupiter! Telescopul Webb a găsit ceva nemaivăzut în atmosfera planetei

Ce a declanșat cel mai mare cutremur pe Marte? Nu a fost un meteor!

„Ochii” Telescopului Webb au surprins peisajul cosmic spectaculos din roiul NGC 346