Точността на гравитационния телескоп LIGO преодоля квантовата граница (видео)

От 2015 г. насам Лазерната интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO) наблюдава гравитационните вълни, генерирани в пространството от сблъскващи се черни дупки или неутронни звезди. Точността на измерванията на LIGO зависи от способността ѝ да измерва разтягането и свиването на тъканта на пространство-времето с помощта на мащаби, 10 000 трилиона пъти по-малки от човешки косъм. Като направиха значителен пробив в технологията за квантово „компресиране“, специалистите от обсерваторията успяха да преодолеят ограничението, наложено от законите на квантовата физика, и да измерят вълнообразни движения в пространство-времето в целия честотен диапазон на гравитационните вълни, които LIGO засича.

Законите на квантовата физика определят, че частиците, включително фотоните, създават квантов шум, който намалява точността на лазерните измервания. Квантовата компресия е техника, която позволява този шум да бъде заглушен или, по-точно, да бъде преместен от едно място на друго, за да се направят по-точни измервания.

Терминът „компресия“ се отнася до факта, че светлината може да се манипулира като балон. Ако го стиснете на едно място, ще получите въздушен мехур на друго. Светлината също може да бъде компресирана, за да се направи едно от нейните свойства по-точно, като в този случай друго свойство става по-неточно, съгласно принципа на неопределеността. От 2019 г. детекторите близнаци на LIGO компресират светлината по такъв начин, че да увеличат чувствителността й към гравитационните вълни. Но докато измерванията на високи честоти стават по-точни, ситуацията е обратна при ниските честоти.

Решението на този проблем е използването на честотно зависими оптични кухини – тръби с дължина около 300 метра, които дават възможност за компресиране на светлината по различни начини в зависимост от честотата на гравитационните вълни, които представляват интерес за астрономите. Всичко това намалява интерференцията в цялата честота на наблюденията на LIGO. Така че сега на учените не се налага да избират къде да жертват точността.

Новата технология за „честотно зависима компресия“, за която пише MIT News, се използва от обсерваторията LIGO от месец май тази година. Това означава, че сега детекторите могат да улавят повече сигнали от Вселената и да откриват около 60% повече сливания на свръхмасивни обекти, отколкото преди.

Освен това натрупаният опит може да бъде полезен за създаването на квантови компютри и друга микроелектроника, както и за експерименти в областта на фундаменталната физика.