物理學(xué)家已經(jīng)成功地開(kāi)發(fā)出一種新儀器，該儀器可以顯著降低量子水平上的噪聲，到目前為止，量子水平上的噪聲限制了實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)引力波的能力。大質(zhì)量黑洞和恒星之間的碰撞，被認(rèn)為是在2015年首次探測(cè)到時(shí)空中產(chǎn)生的這些漣漪。

到目前為止，總共有大約11起探測(cè)得到充分確認(rèn)。新設(shè)備標(biāo)志著對(duì)激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)的重大改進(jìn)，將其探測(cè)范圍增加了15%，由于天空是球體，科學(xué)家們預(yù)計(jì)能夠探測(cè)到大約50%的引力波。

科學(xué)家們現(xiàn)在預(yù)測(cè)，在LIGO正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)持續(xù)到2020年4月期間，將捕捉到數(shù)十個(gè)這種很少被檢測(cè)到的事件，這可能會(huì)改變對(duì)這些現(xiàn)象的理解，該合作研究小組現(xiàn)在在《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表了其發(fā)現(xiàn)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)工作的科學(xué)家之一、麻省理工學(xué)院天體物理學(xué)家麗莎·巴索蒂(Lisa Barsotti)說(shuō)：這真的是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)在我們真的可以通過(guò)所有這些探測(cè)來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)了”，這就是為什么它正在成為引力波天文學(xué)新紀(jì)元的原因。

LIGO位于華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的探測(cè)器，使用巨型干涉儀顯示了一種傳入的引力波。其中包括激光從鏡子上反彈，并沿著兩個(gè)4公里長(zhǎng)的L型手臂行進(jìn)。引力波使兩臂產(chǎn)生拉力，因此這對(duì)激光束變得不同相位。但物理學(xué)家探測(cè)如此微小信號(hào)的能力，受到看似不可逾越的量子噪聲限制，因?yàn)殡S機(jī)波動(dòng)略微調(diào)制了光子的到達(dá)時(shí)間，光子是激光中最小的量子比特。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，Barsotti和同事們使用了量子“壓縮器”，這是一種位于干涉儀手臂腔內(nèi)的晶體。

可以操縱激光和量子真空之間的相互作用，并在光子之間產(chǎn)生較小的波動(dòng)。這項(xiàng)成就匯集了量子物理和天體物理方面的專業(yè)知識(shí)，并使科學(xué)家們能夠在黑洞和密度極高的中子星相互碰撞時(shí)，進(jìn)行更靈敏的探測(cè)。其他碰撞天體，如超新星爆炸和更典型的恒星，產(chǎn)生的引力波仍然太小，用目前的技術(shù)無(wú)法分辨出來(lái)。室女座也在使用意大利北部建造的探測(cè)器，測(cè)試類似的量子壓縮設(shè)備，量子壓縮光將成為所有下一代探測(cè)器的標(biāo)準(zhǔn)。

比如擬議中的宇宙探測(cè)器，它的臂將在地面上伸展40公里，進(jìn)一步提高其靈敏度。自2015年以來(lái)，激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)一直在直接探測(cè)來(lái)自雙星合并的引力波，研究利用先進(jìn)的LIGO H1和L1探測(cè)器首次使用壓縮真空態(tài)直接測(cè)量引力波。這一成就是幾十年來(lái)在引力波探測(cè)器中實(shí)現(xiàn)壓縮態(tài)研究的頂峰。在正在進(jìn)行的O3觀測(cè)運(yùn)行期間，壓縮態(tài)將LIGO干涉儀對(duì)50 Hz以上信號(hào)的靈敏度提高了高達(dá)3dB，從而將預(yù)期檢測(cè)率提高了40%(H1)和50%(L1)。

博科園｜研究/來(lái)自：美國(guó)物理研究所

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.231107

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普