Kvant-trikkidega gravitatsioonilaine detektorite võimendamine

Anonim

Kopenhaageni ülikooli Niels Bohri Instituudi (NBI) teadlaste rühm hakkab varsti arenema uue rida tehnilisi seadmeid, et oluliselt parandada gravitatsioonilaine detektorid.

Gravitatsioonilised lainetektorid on äärmiselt tundlikud ja võivad näiteks registreerida kosmosesse neutroniteta kokkupuutepunkte. Kuid veelgi kõrgemat tundlikkust püütakse meie teadmiste laiendamiseks Universumi kohta ja NBI-teadlased on veendunud, et nende varustus võib andureid parandada, ütleb professor Eugene Polzik: "Ja me peaksime suutma näidata mõistet umbes umbes kolm aastat. "

Kui NBI-teadlased suudavad parandada gravitatsioonilaine detektoreid nii palju kui neid "realistlikult oodata saab teha", saavad detektorid jälgida ja teostada mõõtmisi kaheksa korda suuremas ruumikas ruumis kui see, mis on praegu võimalik, selgitab Eugene Polzik: "See kujutab endast tõeliselt olulist laienemist."

Polzik on NBIs Quantum Optics (Quantop) juht ja ta juhib gravitatsioonilaine detektorite spetsiaalsete seadmete väljatöötamist. Uuringus, mida toetavad EL, Eureka võrguprojektid ja USA-põhine John Templetoni sihtasutus toetustega kogusummas 10 miljonit Taani krooni, viiakse läbi Eugene Polziku laboris NBI.

Täheldatud on kokkupõrge

2017. aasta oktoobris läks ajakirjandus üle kogu maailma ümber, kui kinnitati, et suur rahvusvaheline teadlaste meeskond on tõepoolest mõõtnud kahe neutroniteta kokkupõrget; sündmus, mis toimus Maalt 140 miljonit kerget aastat ja mille tulemusena tekkis kilonova.

Rahvusvaheline teadlaste meeskond, mis sisaldas ka NBI eksperte, oli võimeline kinnitama kokkupõrget, mõõtes gravitatsioonilaineid kosmosest - lained kosmosematerjali enda kangas, liikudes valguse kiirusega. Laineid registreeriti kolm gravitatsioonilaine detektorit: kaks USA-l põhinevat LIGO-detektorit ja Itaalia Neitsi-detektorit.

"Need gravitatsioonilaine detektorid kujutavad endast kõige tundlikumat mõõteseadet, mida inimene on veel tootnud - ikkagi ei ole andurid nii täpsed, kui võiksid olla. Ja seda me kavatseme parandada, " ütleb professor Eugene Polzik.

Kuidas seda teha, on kirjeldatud artiklis, mille Eugene Polzik ja kolleeg Farid Khalili LIGO koostöö ja Moskva Riikliku Ülikoolist on hiljuti avaldanud teaduslikus ajakirjas Physical Review Letters. Ja see ei ole ainult teoreetiline ettepanek, ütleb Eugene Polzik:

"Oleme veendunud, et see töötab nii nagu see on ette nähtud. Meie arvutused näitavad, et peaksime suutma gravitatsioonilaine detektorite mõõtmiste täpsuse parandada kaks korda. Ja kui see õnnestub, siis suureneb see kaheksa ruumala ruutu, mida gravitatsioonilaine detektorid suudavad praegu uurida. "

Väike klaaskiht

Möödunud aasta juulis avaldas Eugene Polzik ja tema Quantopi meeskond looduses väga märgatud artikli - ja see töö on tegelikult nende eelseisva katse parandada gravitatsioonilaine detektoreid.

Looduse artikkel keskendub Heisenbergi ebakindluse põhimõtte "petmisele", mis põhimõtteliselt ütleb, et te ei saa samaaegselt teada objekti täpset asukohta ja täpset kiirust.

See on seotud asjaoluga, et objekti valgustamisel tehtud tähelepanekud paratamatult toovad objekti "lööb" juhuslikus suunas fotode, valguse osakeste abil. See nähtus on tuntud kui Quantum Back Action (QBA) ja need juhuslikud liikumised seavad piirangu täpsusele, milliseid mõõtmisi saab teha kvanttasemel.

Looduse artikkel 2017. aasta suvel tegi pealkirjad, sest Eugene Polzik ja tema meeskond suutsid näidata, et see on - suuresti - QBA neutraliseerimine.

Ja QBA on just see põhjus, miks gravitatsioonilaine detektorid - mis töötavad ka valguse, nimelt laserkiirgusega - ei ole nii täpsed, kui võiksid olla, "ütleb professor Polzik.

Lihtsalt on võimalik QBA-d neutraliseerida, kui objekti jälgimiseks kasutatavat valgust esmalt saadetakse filtri kaudu. Seda kirjeldas looduse artikkel - ja "filter", mida Quantopi NBI-teadlased olid välja töötanud ja kirjeldas pilve 100 miljonit tseesium-aatomit, mis on lukustatud hermeetiliselt suletud klaaskarbis vaid ühe sentimeetri pikkusega, 1/3 millimeetrist kõrgusega ja 1/3 millimeetri laiusega.

Selle filtri põhimõte on täpselt see, mida Polzik ja tema meeskond püüavad lisada gravitatsioonilaine detektoritesse.

Teoreetiliselt saab optimeerida gravitatsioonilainete mõõtmisi, lülitudes tugevama laserkiirgule kui Euroopas ja USA-s töötavad detektorid. Kuid kvantmehaanikate järgi pole see valik, ütleb Eugene Polzik:

"Valgustundlikuma laserkiirguse kasutuselevõtt muudab detektorite komplekti lihtsalt raputada, sest Quantum Tagasi on põhjustanud rohkem fotone. Need peeglid on üliolulised ja kui need hakkavad loksutama, suurendab see tegelikult ebatäpsust."

Selle asemel on NBI-teadlased välja töötanud plaani, mis põhineb aatomi filtritel, mida nad demonstreerisid looduse artiklist: nad saadavad laserkiire, mille abil gravitatsioonilaine detektorid töötavad läbi raami spetsiaalse versiooni lukustatud aatomid, ütleb Eugene Polzik: "Ja me loodame, et see teeb tööd."

menu
menu