Команда исследователей Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) в США разработала систему сжатия света для повышения чувствительности обнаружения гравитационных волн.
Разница в квантовых шумах для 11 вариантов сжатия света / © Science (2024). DOI: 10.1126/science.ado8069
В 2017 году команда из Калифорнийского технологического института (Caltech) получила Нобелевскую премию по физике за свою работу, которая привела к разработке обсерватории LIGO и последующему обнаружению гравитационных волн. С тех пор команда LIGO продолжает фиксировать гравитационные волны, одновременно работая над улучшением возможностей детектирования.
Обсерватория LIGO детектирует гравитационные волны с помощью лазера. Лазерный луч разделяют и отправляют по двум длинным перпендикулярным тоннелям, а после собирают обратно с помощью зеркал. Мельчайшие различия в лучах указывают на присутствие гравитационных волн — они расширяют пространство-время в области тоннелей и вносят изменения в параметры лазерного луча.
С момента создания обсерватории ученые знали, что отличить гравитационные волны от квантовых флуктуаций сложно, поэтому они постоянно работают над повышением чувствительности системы.
Исследовательская группа внесла давно готовящиеся изменения в техническое оснащение обсерватории. Команда добавила к детектору специально изготовленный кристалл, а также новые зеркала и линзы. В результате им удалось «сжать» свет в лучах в квантовое состояние. Это позволило снизить мерцание — квантовые колебания и случайные шумы в квантовых полях — в широком диапазоне частот наблюдения и увеличить количество обнаруживаемых гравитационных волн вдвое.
Первоначальные тесты показали, что улучшения помогали обнаруживать только гравитационные волны с высокими частотами. Исследователи внесли дополнительные модификации для обеспечения фиксации гравитационных волн и на низких частотах.
Все усовершенствования, по словам исследователей, привели к «поразительному эффекту» — количество обнаруживаемых гравитационных волн удвоилось. Это открывает возможности для изучения более обширных областей Вселенной. Ученые полагают, что эти улучшения позволят проводить новые научные исследования, такие как изучение черных дыр, слияние которых произошло почти во времена формирования первых звезд.
Статья опубликована в журнале Science.
