GEO600 klämde ljuskällan (i förgrunden) inuti GEO600 renrummet tillsammans med vakuumtankarna (i bakgrunden).. Kredit:H.Grote/Max Planck Institute for Gravitational Physics
Detekteringen av Einsteins gravitationsvågor bygger på mycket exakta lasermätningar av små längdförändringar. Kilometerstora detektorer i det internationella nätverket (GEO600, LIGO, Jungfrun) är så känsliga att de i grunden begränsas av små kvantmekaniska effekter. Dessa orsakar ett bakgrundsbrus som överlappar gravitationsvågsignaler. Detta brus är alltid närvarande och kan aldrig tas bort helt. Men man kan ändra dess egenskaper – med en process som kallas klämning, har hittills endast använts rutinmässigt vid GEO600 – så att den stör mindre med mätningen. Nu, GEO600-forskare har uppnått bättre klämning än någonsin. Detta öppnar nya sätt att förbättra det internationella detektornätverket i nästa observationskörningar och är ett nyckelsteg för tredje generationens detektorer som Einstein-teleskopet.
Ett fantastiskt nytt rekord
Teamet från Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) och Leibniz Universität Hannover nådde en klämnivå på 5,7 dB och undertryckte därför kvantbakgrundsbruset med en faktor på nästan två. Jämfört med en detektor utan att klämma, detta ökar den observerbara volymen av universum med en faktor på sju.
Forskargruppen använde nydesignade optiska komponenter och justerade den optiska inställningen av den klämda ljuskällan och hur den kopplas till detektorn.
"När den nuvarande fasen av gränssnittsuppgraderingar är klara, vi har kunnat börja optimera och karakterisera systemet helt, vilket ger oss detta fantastiska nya rekord i klämning, förbättra vår känslighet i frekvenser som är viktiga för att förstå neutronstjärnans fysik, " säger Dr James Lough, ledande forskare för GEO600.
Banbrytande arbete på GEO600
"GEO600-teamet har banat väg för användningen av klämning i den internationella gravitationsvågsgemenskapen. Flera generationer av GEO600 doktorander tillsammans med klämexperter på AEI har gjort detta genombrott möjligt, " förklarar Dr. Christoph Affeldt, GEO600 driftansvarig.
GEO600 mätningar av bakgrundsljud. Den tvärgående axeln visar frekvensen, den vertikala axeln styrkan av bruset vid dessa frekvenser. Ju lägre kurvorna är, desto mindre brus finns och desto bättre kan gravitationsvågor mätas. Den röda kurvan visar bruset utan den klämda ljuskällan, den blå kurvan visar bruset med den klämda ljuskällan. Förbättringarna sker främst vid frekvenser över flera hundra Hertz, där gravitationsvågsignaler från neutronstjärnor förväntas.. Kredit:Max Planck Institute for Gravitational Physics
Den tysk-brittiska gravitationsvågsdetektorn GEO600 nära Hannover har rutinmässigt använt en källa med klämt ljus sedan 2010 och har varit det enda instrumentet i världen att göra det. Ljuskällan skräddarsydd för GEO600 utvecklades och byggdes på AEI.
Tillsammans med AEI-kollegorna, GEO600-teamet har kontinuerligt arbetat för att förbättra integrationen av "pressaren" i detektorn. Detta är nyckeln på grund av den ömtåliga naturen hos utklämt ljus:även en mycket liten förlust av det på väg in i detektorn begränsar den möjliga ökningen av känsligheten för GEO600. Därför, många små förbättringar kan resultera i stora vinster i känslighet.
Klämning in nästa observationskörning O3
Känsligheten för alla framtida interferometriska gravitationsvågsdetektorer kommer att ökas genom användning av liknande källor med klämt ljus. I nästa gemensamma observationskörning O3 som är planerad att börja i början av 2019, både LIGO-instrumenten och Virgo-detektorn kommer att använda sammanpressat ljus. Virgo squeezer enheten är en nyare version av den som utvecklats för GEO600 och på permanent lån från AEI.
"För framtida tredje generationens detektorer som det europeiska Einstein-teleskopet krävs ännu högre nivåer av klämning. Med detta fantastiska nya rekord på GEO600, vi är nu redo att fullända denna teknik och ta oss an nästa utmaningar på vägen till Einstein-teleskopet, " säger prof. Karsten Danzmann, direktör vid AEI och chef för Institutet för gravitationsfysik vid Leibniz Universität Hannover.
