Povečanje gravitacijskih valovnih detektorjev s kvantnimi triki

POVEČANJE PRSI | zaplet | before/after | bi ponovila? (Julij 2019).

Anonim

Skupina znanstvenikov iz Niels Bohr inštituta (NBI) na Univerzi v Københavnu bo kmalu začela razvijati novo linijo tehnične opreme, da bi dramatično izboljšala gravitacijske detektorje valov.

Gravitacijski detektorji valov so izredno občutljivi in ​​lahko npr. Registrirajo trčene nevtronske zvezde v vesolju. Še večja občutljivost je potrebna, da bi razširili svoje znanje o vesolju, znanstveniki NBI pa so prepričani, da lahko njihova oprema izboljša detektorje, pravi profesor Eugene Polzik: "In moramo biti sposobni dokazati koncept v približno tri leta."

Če znanstveniki NBI lahko izboljšajo gravitacijske detektorje valov toliko, kolikor "realno pričakujejo, da jih je mogoče storiti", bodo detektorji lahko nadzorovali in izvajali meritve v osemkrat večjem obsegu prostora, kot je to mogoče, pojasnjuje Eugene Polzik: "To bo resnično znatno podaljšanje."

Polzik je vodja Quantum Optics (Quantop) pri NBI-ju in bo vodil razvoj prilagojene opreme za gravitacijske detektorje valov. Raziskava, ki jo podpirajo EU, projekti mreže Eureka in ameriška fundacija John Templeton z dotacijami v skupni vrednosti 10 milijonov DKK, bodo izvedeni v laboratoriju Eugene Polzik v NBI.

Dobro trčenje je opazil

Novinarski mediji po vsem svetu se je oktobra leta 2017 preusmeril v overdrive, ko je bilo potrjeno, da je velika mednarodna ekipa znanstvenikov dejansko merila trk dveh nevtronskih zvezd; dogodek, ki je potekal od Zemlje 140 milijonov svetlobnih let in je povzročil nastanek kilonove.

Mednarodna ekipa znanstvenikov - ki je prav tako vključevala strokovnjake iz NBI - je lahko potrdila trčenje z merjenjem gravitacijskih valov iz vesoljskih valov v tkanini prostorskega časa, ki se gibljejo s hitrostjo svetlobe. Valove so registrirali trije gravitacijski detektorji valov: dva ameriška detektorja LIGO in evropski detektor virusa v Italiji.

"Ti gravitacijski detektorji valov predstavljajo daleč najobčutljivejšo merilno opremo, ki jo človek še proizvaja - še vedno detektorji niso tako natančni, kot bi lahko bili. In to je tisto, kar nameravamo izboljšati, " pravi profesor Eugene Polzik.

Kako je to mogoče storiti je opisano v članku, ki sta ga nedavno objavila Eugene Polzik in sodelavka Farid Khalili iz sodelovanja LIGO in Univerza v Moskvi v znanstvenem časopisu Physical Review Letters. In to ni zgolj teoretični predlog, pravi Eugene Polzik:

"Prepričani smo, da bo to delovalo, kot je bilo načrtovano. Naši izračuni kažejo, da bi morali izboljšati natančnost meritev, ki jih izvajajo detektorji gravitacijskih valov, za faktor dva. In če bomo uspeli, se bo to povečalo z faktor osmih prostornin v prostoru, ki ga lahko preučijo gravitacijski detektorji valov. "

Mala steklena celica

Julija lanskega leta so Eugene Polzik in njegova ekipa v Quantopu objavili zelo opazen članek v Naravi - in to delo je pravzaprav temelj njihovega prihajajočega poskusa izboljšanja gravitacijskih detektorjev valov.

Članek v Naravi je bil osredotočen na "zavedanje" Heisenbergovega načela negotovosti, ki v bistvu pravi, da istočasno ne poznate natančnega položaja in natančne hitrosti predmeta.

To je povezano z dejstvom, da opazovanja, ki jih izvaja sijajna svetloba na objektu, neizogibno vodijo k temu, da se objekt naključno usmeri v fotone, delce svetlobe. Ta pojav je znan kot kvantni povratni ukrep (QBA) in ti naključni premiki določajo mejo natančnosti, s katero se meritve lahko izvajajo na kvantni ravni.

Članek v naravi poleti 2017 je postal naslovnik, ker so Eugene Polzik in njegova ekipa pokazali, da je - v veliki meri - mogoče nevtralizirati QBA.

In QBA je razlog, zakaj gravitacijski detektorji valov, ki delujejo tudi s svetlobo, namreč lasersko svetlobo, niso tako natančni, kot bi lahko bili, kot pravi profesor Polzik.

Enostavno postavimo, da lahko QBA nevtraliziramo, če se svetloba, ki se uporablja za opazovanje predmeta, najprej pošilja skozi "filter". Tako je opisal članek v naravi - in "filter", ki so ga znanstveniki NBI v Quantopu razvili in opisana je bila oblak 100 milijonov atomov cezija, zaprtih v hermetično zaprti stekleni celici, ki je bila dolga le en centimeter, 1/3 milimetrske in 1/3 milimetra široko.

Načelo za ta "filter" je točno tisto, kar Polzik in njegova ekipa želijo vključiti v gravitacijske detektorje valov.

V teoriji lahko optimiziramo meritve gravitacijskih valov s preklopom na močnejšo lasersko svetlobo, kot so detektorji v Evropi in ZDA. Vendar pa glede na kvantno mehaniko to ni možnost, pravi Eugene Polzik:

"Prehod na močnejšo lasersko svetlobo bo naredil nabor ogledal v detektorjih bolj pretresljiv, ker bo Quantum Back Action povzročil več fotonov. Ta ogledala so absolutno ključna in če se začnejo tresenje, bo dejansko povečala netočnost."

Namesto tega so znanstveniki NBI izdelali načrt, ki temelji na atomskem "filtru", ki so ga pokazali v članku Nature: poslali bodo lasersko svetlobo, s pomočjo katere gravitacijski detektorji valov delujejo s prilagojeno različico celice z zaklenjenih atomov, pravi Eugene Polzik: "In upamo, da bo to opravilo."

menu
menu