Căutarea urmează să detecteze primele dovezi ale undelor gravitaționale care călătoresc în jurul cosmosului. Dacă o undă gravitațională trece prin volumul de spațiu-timp care înconjoară Pământul, teoretic fasciculul laser va detecta o modificare mică, deoarece unda care trece ușor modifică distanța dintre oglinzi. De remarcat este faptul că această ușoară schimbare va fi mică; atât de mic, de fapt, încât LIGO a fost proiectat pentru a detecta o fluctuație a distanței mai mică de o mie de mii din lățimea unei protoni. Acest lucru este impresionant, dar ar putea fi mai bine. Acum oamenii de știință cred că au găsit o modalitate de creștere a sensibilității LIGO; folosiți proprietățile cuantice ciudate ale fotonului pentru „stoarcerea” fasciculului laser, astfel încât să se obțină o creștere a sensibilității ...
LIGO a fost proiectat de colaboratorii MIT și Caltech pentru a căuta dovezi observaționale ale undelor gravitaționale teoretice. Undele gravitaționale se consideră că se propagă în tot Universul, deoarece obiectele masive perturbă spațiul-timp. De exemplu, dacă două găuri negre s-au ciocnit și s-au contopit (sau s-au ciocnit și s-au aruncat unul dintre celălalt), teoria relativității generale a lui Einstein prevede că o ondulare va fi trimisă în întreaga structură a spațiului-timp. Pentru a dovedi existența undelor gravitaționale, trebuie construit un tip de observator cu totul diferit, nu pentru a observa emisiile electromagnetice de la sursă, ci pentru a detecta trecerea acestor perturbații care călătoresc pe planeta noastră. LIGO este o încercare de a măsura aceste valuri și, cu un cost important de configurare de 365 de milioane de dolari, există o presiune uriașă pentru ca instalația să descopere primul val gravitațional și sursa sa (pentru mai multe informații despre LIGO, vezi „Ascultare” pentru valurile gravitaționale pentru urmărirea găurilor negre). Din păcate, după câțiva ani de știință, nu a fost găsit niciunul. Asta pentru că nu există unde gravitaționale acolo? Sau LIGO pur și simplu nu este suficient de sensibil?
Prima întrebare răspunde rapid de oamenii de știință LIGO: este nevoie de mai mult timp pentru colectarea unei perioade mai lungi de date (trebuie să existe mai mult „timp de expunere” înainte de detectarea undelor gravitaționale). Există, de asemenea, motive teoretice puternice pentru care undele gravitaționale ar trebui să existe. A doua întrebare este ceva ce oamenii de știință din SUA și Australia speră să se îmbunătățească; poate LIGO are nevoie de un impuls al sensibilității.
Pentru a face detectoarele de unde gravitaționale mai sensibile, Nergis Mavalvala lider al acestei noi cercetări și fizician MIT, s-a concentrat pe cei foarte mici pentru a ajuta la detectarea celor mari. Pentru a înțelege ceea ce speră cercetătorii să obțină, este nevoie de un curs de accident foarte scurt în „fuzziness” cuantic.
Detectoarele precum LIGO depind de tehnologia laser extrem de precisă pentru a măsura perturbațiile în spațiu-timp. Pe măsură ce undele gravitaționale călătoresc prin Univers, ele provoacă mici schimbări în distanța dintre două poziții în spațiu (spațiul este efectiv „deformat” de aceste unde). Deși LIGO are capacitatea de a detecta o perturbație mai mică de o mie din lățimea unui proton, ar fi grozav dacă se dobândește și mai multă sensibilitate. Deși laserele sunt în mod inerent exacte și foarte sensibile, fotonii laser sunt încă guvernate de dinamica cuantică. Deoarece fotonii laser interacționează cu interferometrul, există un grad de fuzinitate cuantică, ceea ce înseamnă că fotonul nu este un punct ascuțit, ci ușor estompat de zgomotul cuantic. În efortul de a reduce acest zgomot, Mavalvala și echipa sa au reușit să „stoarcă” fotoni cu laser.
Fotonii laser au două cantități: fază și amplitudine. Faza descrie poziția fotonilor în timp și amplitudinea descrie numărul de fotoni din fasciculul laser. În această lume cuantică, dacă amplitudinea laserului este redusă (eliminând o parte din zgomot); incertitudinile cuantice în faza laser vor crește (adăugând ceva zgomot). Această tehnică de stoarcere este bazată pe acest compromis. Ceea ce este important este precizia în măsurarea amplitudinii, nu faza, când se încearcă detectarea unei unde gravitaționale cu lasere.
Este de dorit ca această nouă tehnică să poată fi aplicată facilității LIGO de mai multe milioane de dolari, creșterea sensibilității LIGO cu 44%.
“Semnificația acestei lucrări este că ne-a obligat să ne confruntăm și să rezolvăm unele dintre provocările practice ale injecției de stat stoarse - și sunt multe. Acum suntem mult mai bine poziționați pentru a implementa stoarcerea în detectoarele la scară kilometrică și pentru a prinde acea undă gravitațională evazivă.“ - Nergis Mavalvala.
Sursa: Physorg.com
