A kutatás a kozmosz körüli utazás gravitációs hullámainak első bizonyítékait fedezi fel. Ha egy gravitációs hullám áthalad a Földet körülvevő téridő térfogatán, elméletben a lézernyaláb észlel egy kis változást, mivel a tompított hullám kissé megváltoztatja a tükrök közötti távolságot. Érdemes megjegyezni, hogy ez a kis változás kicsi lesz; olyan kicsi, hogy a LIGO-t úgy tervezték, hogy érzékelje egy távolság ingadozását, amely kevesebb, mint egy proton. Ez lenyűgöző, de jobb is lehet. A tudósok úgy gondolják, hogy megtaláltak egy módszert a LIGO érzékenységének növelésére; használja a foton furcsa kvantumjellemzőit a lézernyaláb „kiszorításához”, így növelhető az érzékenység…
A LIGO-t az MIT és a Caltech munkatársai tervezték, hogy az elméleti gravitációs hullámok megfigyelési bizonyítékait keressék. Úgy gondolják, hogy a gravitációs hullámok az egész világegyetemben terjednek, mivel a hatalmas tárgyak zavarják a téridőt. Például, ha két fekete lyuk összeütközött és összeolvadt (vagy összeesett és felrobbant egymástól), Einstein általános relativitáselmélete azt jósolja, hogy a gyűrűződés a tér-idő szövetének egészére kerül. Annak bizonyítására, hogy léteznek gravitációs hullámok, egy teljesen más típusú obszervatóriumot kellett felépíteni, nem a forrásból származó elektromágneses sugárzás megfigyelésére, hanem a bolygón áthaladó ezen perturbációk áthaladásának észlelésére. A LIGO egy kísérlet ezeknek a hullámoknak a mérésére, és egy 365 millió dolláros óriási beállítási költséggel nagy a nyomás a létesítmény számára, hogy felfedezzék az első gravitációs hullámot és annak forrását (a LIGO-val kapcsolatos további információkért lásd: Gravitációs hullámok „hallgatása” a fekete lyukak nyomon követésére). Sajnos többéves tudomány után semmit sem találtak. Ennek oka az, hogy nincsenek gravitációs hullámok? Vagy a LIGO egyszerűen nem elég érzékeny?
Az első kérdésre a LIGO tudósai gyorsan válaszolnak: több időre van szükség a hosszabb időtartamú adatok gyűjtéséhez (több „expozíciós időnek” kell lennie, mielőtt a gravitációs hullámokat észlelik). Erős elméleti okok is vannak annak, hogy a gravitációs hullámok létezzenek. A második kérdés az Egyesült Államok és Ausztrália tudósai által remélhetőleg javulni fog; talán a LIGO-nak fokoznia kell az érzékenységet.
Annak érdekében, hogy a gravitációs hullámdetektorok érzékenyebbé váljanak, Nergis Mavalvala, az új kutatás vezetője és az MIT fizikus, a nagyon kicsire koncentrált, hogy segítse a nagyon nagyokat. Ahhoz, hogy megértsük, mit akarnak elérni a kutatók, nagyon rövid összeomlási kurzusra van szükség a kvantum „fuzziness” területén.
Az olyan detektorok, mint a LIGO, nagyon pontos lézertechnikától függenek, hogy mérjék a zavarokat a téridőben. Ahogy a gravitációs hullámok az Univerzumon haladnak át, apró változásokat okoznak a térben lévő két helyzet közötti távolságban (ezeket a hullámokat ténylegesen „megveszik”). Bár a LIGO képes detektálni a proton szélességének kevesebb mint ezred részénél jelentkező perturbációt, nagyszerű lenne, ha még nagyobb érzékenységet szerezne. Bár a lézerek eredendően pontosak és nagyon érzékenyek, a lézer fotonokat továbbra is kvantumdinamika szabályozza. Mivel a lézer fotonok kölcsönhatásba lépnek az interferométerrel, van egy bizonyos mértékű kvantum-homályosság, azaz a foton nem egy éles tűpont, hanem kissé elmosódott a kvantumzaj által. A zaj csökkentése érdekében Mavalvala és csapata képesek voltak lézer fotonokat „kinyomni”.
A lézer fotonoknak két nagysága van: fázis és amplitúdó. A fázis a fotonok időbeni helyzetét, az amplitúdó pedig a lézernyalábban levő fotonok számát írja le. Ebben a kvantum világban, ha a lézer amplitúdója csökken (a zaj egy részét eltávolítja); a lézerfázis kvantum-bizonytalanságai növekedni fognak (némi zajt adnak). Ez az új kompressziós technika éppen ennek a kompromisszumnak a alapja. Fontos az amplitúdó mérésének pontossága, nem pedig a fázis, amikor a gravitációs hullám lézerrel próbálkozik.
Remélhetőleg ez az új technika alkalmazható a több millió dolláros LIGO eszköznél, esetleg 44% -kal növelve a LIGO érzékenységét.
“Ennek a munkának az a jelentősége, hogy arra kényszerített minket, hogy szembeszálljunk és megoldassuk a megpréselt államinjekciózás néhány gyakorlati kihívását - és sok ilyen van. Most sokkal jobb helyzetben vagyunk ahhoz, hogy a kilométeres érzékelőkben végrehajtjuk a sajtolást, és megfogjuk ezt a megfoghatatlan gravitációs hullámot..” - Nergis Mavalvala.
Forrás: Physorg.com
