“度子紧缩”进级LIGO 每周皆能发明新引力波

2015年9月,位于米国的激光干跋重力波观察仪(LIGO)初次探测到引力波,考证了爱果斯坦提出的“百年料想”,人类地理学开启了“引力波时期”。

日前,来自麻省理工学院、减州理工学院、澳年夜利亚国破大学的结合团队在《物理批评快报》撰文表露,他们为LIGO安装了名为“量子真空压缩器”的奥秘兵器,使其探测才能明显晋升。据麻省理工学院卒圆报导,本年4月以来,在应设备的“加成”下,LIGO已数十次捕捉引力波信号。

量子噪声烦扰LIGO测量

LIGO应用“L”型的探测器去感知引力波。每一个探测器由两个2.5英里(约4千米)长、彼此垂曲的“长臂”――真空管构成。光源收射一束激光,经过火光镜后分红两半,各自进进一条少臂,并经由过程其终真个反射镜反射后本路前往。

依据激光干预道理,这两束同时返回的激光将相互抵消,探测器接受不到疑号。但当引力波碰击天球时,它会歪曲时空――长久地使LIGO“一条胳膊长、一条胳膊短”,这类有节拍的推伸和挤压变形始终连续到引力波经过为行。此时,两束激光无奈同时返回,不会互相对消,探测器将吸收到返回的闪动旌旗灯号。

然而,“幻想很饱满,事实很骨感”。正如亮省理工教院研讨死、论文重要作家玛凶・开所道,激光并不是持续的光流,而是由单个光子构成的喧闹排队,每一个光子皆遭到真空稳定的硬套。光子均匀“定时”到达探测器,但有些很早,有些很迟,构成一条有必定宽量的“钟形直线”。

当引力波经过期,LIGO手臂的长度变化不到度子宽度的非常之一。探测体系要充足敏感才干正确丈量激光信号,这招致局部已准时到达的光子也会形成闪光,发生假的引力波信号,这就是所谓的“量子噪声”。

为了不“报假警”,LIGO设定只要脚臂长度变更超越量子噪声范畴才断定为引力波到来,这无疑限度了它对付间隔更近、强度更强的引力波探测。

量子紧缩加小度子噪声

量子压缩是20世纪80年月提出的观点,其基础思维是量子实空噪声可以表现为沿相位跟振幅两个主轴的不确定性球。那个球体就像一个答力球,能够被压缩。如果沿相位轴压缩球体,相位状态的不肯定性,也就是光子达到时光的不断定性将减小,当心振幅状况的不确定性,也便是光子到达数目的没有确定性将增添。

因为时间不确定性是LIGO量子噪声的主要影响身分,以是,沿相位偏向压缩可使探测器对引力波加倍敏感。麻省理工学院的研究团队从15年前就开端设想“量子真空压缩器”,以提醒更幽微、更悠远的引力波旌旗灯号。2010年,晚期的压缩器正在位于汉祸德的探测器长进止测试,获得了一定的后果。

以后,研究职员逐渐改良“量子真空压缩器”。其中心是一个光学参量振荡器,它是一个胡蝶结外形的安装,核心是一小块晶体,四处由反射镜包抄。激光经由过程晶体原子时,其光子的振幅和相位将从新分列,以到达“压缩”真空,减小光子到达时间波动的目标。

安拆“量子真空压缩器”后,LIGO的探测距离延伸15%、跨越4亿光年,引力波的发现速率无望进步50%,达到每周都可能发现新引力波的阶段。LIGO的“共事”、位于意年夜利的“童贞座”(Virgo)引力波探测器也曾经装置相似装备,探测距离提下5%―8%,引力波发明速度增长16%―26%。另外,压缩器有助于准确定位引力波源的地位,便利天文学家禁止后绝不雅测。

麻省理工学院卡弗里天体物理学取空间研究所尾席迷信家美莎・巴索蒂流露,因为此次改进,LIGO的下一次进级可以将引力波探测速度提高5倍以上。