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新技术通过降低量子噪声改善了引力波探测器

物理学家已经成功开发了一种新的仪器,该仪器可以显着降低量子级噪声,因此迄今为止,该技术只能限制实验发现引力波的能力。大量的黑洞与恒星之间的碰撞被认为会在时空中产生这些涟漪,这种涟漪在2015年首次被发现。到目前为止,总共已确认约11次探测。

新技术通过降低量子噪声改善了引力波探测器

该设备标志着激光干涉仪重力波天文台(LIGO)的一项重大改进,将其检测范围扩大了15%。由于天空是一个球体,因此科学家希望能够探测到大约50%以上的引力波。他们现在预测,在LIGO进行至2020年4月的正在进行的实验中,他们将捕捉到数十种罕见事件,这可能会改变他们对现象的理解。这项合作今天在《物理评论快报》上发表了他们的发现。

麻省理工学院天体物理学家,领导这项工作的科学家之一丽莎·巴索蒂(Lisa Barsotti)说:“这确实是一个转折点,因为现在我们真的可以对所有这些检测进行统计了。” “这就是为什么它正在成为引力波天文学的新时代。”

LIGO在华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的探测器使用巨型干涉仪揭示了入射的引力波。其中包括激光从镜子弹起并沿着两个L型臂(长度为4公里)传播。重力波使手臂绷紧,从而使一对激光束变得异相。

但是,由于随机波动会轻微地调节光子(激光的最小量子位)的到达时间,因此,物理学家探测如此微小信号的能力受到看似无法克服的量子噪声的限制。为了解决这个问题,Barsotti和她的同事在干涉仪的臂腔中使用了一种量子“挤压器”,该晶体可以操纵激光器和量子真空之间的相互作用,并在光子之间产生较小的波动。

这项成就汇集了量子物理学和天体物理学方面的专业知识,使黑洞和极稠密的中子星相互碰撞时能够进行更灵敏的检测。其他碰撞物体,例如超新星爆炸和更典型的恒星,会产生引力波,而这些引力波仍然太小,无法用当前的技术拾取。

LIGO的欧洲同行也在Advanced Virgo中使用意大利北部制造的检测器测试了类似的量子压缩设备。Barsotti预测,量子压缩光将成为所有下一代探测器的标准,例如提议的Cosmic Explorer,它将在地面延伸40公里,从而进一步提高其灵敏度。

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