Den första direkta upptäckten av gravitationsvågor, ett fenomen som förutspåddes av Einsteins allmänna relativitetsteori från 1915, rapporterades av forskare 2016.

Beväpnad med denna "århundradets upptäckt", fysiker runt om i världen har planerat nya och bättre detektorer av gravitationsvågor.

Fysikern professor Chunnong Zhao och hans senaste doktorander Haixing Miao och Yiqiu Ma är medlemmar i ett internationellt team som har skapat en särskilt spännande ny design för gravitationsvågsdetektorer.

Den nya designen är ett verkligt genombrott eftersom den kan mäta signaler under en gräns som tidigare ansågs vara en oöverstiglig barriär. Fysiker kallar denna gräns för standardkvantgränsen. Den bestäms av principen om kvantosäkerhet.

Den nya designen, publicerad i Natur tidningen denna vecka, visar att detta kanske inte längre är ett hinder.

Att använda detta och andra nya tillvägagångssätt kan göra det möjligt för forskare att övervaka kollisioner med svarta hål och "rymdbävningar" över hela det synliga universum.

Hur gravitationsvågsdetektorer fungerar

Gravitationsvågor är inte vibrationer som färdas genom rymden, utan snarare vibrationer av själva rymden. De har redan berättat om en oväntat stor population av svarta hål. Vi hoppas att ytterligare studier av gravitationsvågor kommer att hjälpa oss att bättre förstå vårt universum.

Men tekniken för gravitationsvågsdetektorer kommer sannolikt att ha en enorm betydelse bortom denna aspekt av vetenskapen, eftersom de i sig själva lär oss hur man mäter otroligt små mängder energi.

Gravitationsvågsdetektorer använder laserljus för att fånga upp små vibrationer i rymden som skapas när svarta hål kolliderar. Kollisionerna skapar enorma gravitationsexplosioner. De är de största explosionerna i universum, omvandlar massa direkt till vibrationer av rent rymd.

Det krävs enorma mängder energi för att få rymden att böjas och krusa. Våra detektorer – utsökt perfekta enheter som använder stora tunga speglar med skrämmande kraftfulla lasrar – måste mäta rymdsträckningen med bara en miljarddels miljarddels meter över våra detektorers fyra kilometers skala. Dessa mätningar representerar redan den minsta mängd energi som någonsin uppmätts.

Men för gravitationsvågastronomer är detta inte tillräckligt bra. De behöver ännu mer känslighet för att kunna höra många fler förutspådda gravitationella "ljud", inklusive ljudet av ögonblicket universum skapades i big bang.

Det är här den nya designen kommer in.

En hemsk idé från Einstein

Romankonceptet bygger på originalverk från Albert Einstein.

1935 försökte Albert Einstein och hans medarbetare Boris Podolsky och Nathan Rosen avsätta teorin om kvantmekanik genom att visa att den förutspådde absurda korrelationer mellan partiklar med stora avstånd från varandra.

Einstein bevisade att om kvantteorin var korrekt, då kunde par av föremål med stora avstånd snärjas in som två flugor trasslade in i ett spindelnät. Konstigt, förvecklingen minskade inte, hur långt från varandra du än tillät föremålen att röra sig.

Einstein kallade förveckling för "spöklik action på avstånd". Han var säker på att hans upptäckt skulle göra sig av med teorin om kvantmekanik en gång för alla, men så skulle det inte bli.

Sedan 1980-talet har fysiker gång på gång visat att kvantintrassling är verklig. Hur mycket han än hatade det, Einsteins förutsägelse var rätt och till hans förtret, kvantteorin var korrekt. Saker på avstånd kan trasslas in.

Idag har fysiker vant sig vid "läskigheten", och teorin om intrassling har utnyttjats för att skicka hemliga koder som inte kan avlyssnas.

Runt världen, organisationer som Google och IBM och akademiska laboratorier försöker skapa kvantdatorer som är beroende av intrassling.

Och nu vill Zhao och kollegor använda begreppet intrassling för att skapa den nya gravitationsvågsdetektorns design.

Ett nytt sätt att mäta gravitationsvågor

Det spännande med den nya detektordesignen är att det faktiskt bara är ett nytt sätt att använda befintliga detektorer. Den använder helt enkelt detektorn två gånger.

En gång, fotoner i detektorn förändras av gravitationsvågen för att fånga upp vågorna. Andra gången, detektorn används för att ändra kvantintrasslingen på ett sådant sätt att bruset på grund av kvantosäkerhet inte detekteras.

Det enda som upptäcks är rörelsen hos de avlägsna speglarna som orsakas av gravitationsvågen. Kvantbruset från osäkerhetsprincipen förekommer inte i mätningen.

För att få det att fungera, du måste börja med intrasslade fotoner som skapas av en enhet som kallas en kvantpressare. Denna teknik var pionjär för gravitationsvågsastronomi vid Australian National University, och är nu en etablerad teknik.

Som många av de bästa idéerna, den nya idén är väldigt enkel, men en som krävde enorm insikt att känna igen. Du injicerar en minimal mängd sammanpressat ljus från en kvantpressare, och använd den två gånger!

Runt om i världen gör sig fysiker redo att testa den nya teorin och hitta det bästa sättet att implementera den i sina detektorer. En av dessa är GEO gravitationsvågsdetektor i Hannover i Tyskland, som har varit en testbädd för många av de nya teknologier som möjliggjorde förra årets betydelsefulla upptäckt av gravitationsvågor.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.