Louisiana State University Department of Physics &Astronomy Docent Thomas Corbitt och hans team av forskare presenterar nu det första bredbandet, off-resonansmätning av kvantstrålningstryckbrus i ljudbandet, vid frekvenser som är relevanta för gravitationsvågsdetektorer, som rapporterats i den vetenskapliga tidskriften Nature. Kredit:Elsa Hahne, LSU
Sedan det historiska fyndet av gravitationsvågor från två svarta hål som kolliderar över en miljard ljusår bort gjordes 2015, fysiker främjar kunskapen om gränserna för precisionen i mätningarna som kommer att bidra till att förbättra nästa generations verktyg och teknik som används av gravitationsvågsforskare.
LSU Institutionen för fysik &astronomi Docent Thomas Corbitt och hans team av forskare presenterar nu det första bredbandet, off-resonansmätning av kvantstrålningstryckbrus i ljudbandet, vid frekvenser som är relevanta för gravitationsvågsdetektorer, som rapporterats idag i den vetenskapliga tidskriften Natur . Forskningen stöddes av National Science Foundation, eller NSF, och resultaten antyder metoder för att förbättra känsligheten hos gravitationsvågsdetektorer genom att utveckla tekniker för att mildra oprecisionen i mätningar som kallas "back action, " vilket ökar chanserna att upptäcka gravitationsvågor.
Corbitt och forskare har utvecklat fysiska enheter som gör det möjligt att observera – och höra – kvanteffekter vid rumstemperatur. Det är ofta lättare att mäta kvanteffekter vid mycket kalla temperaturer, medan detta tillvägagångssätt för dem närmare mänsklig erfarenhet. Inrymt i miniatyrmodeller av detektorer som LIGO, eller Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ligger i Livingston, La., och Hanford, Tvätta., dessa enheter består av lågförlust, enkristallmikro-resonatorer - var och en en liten spegeldyna storleken på ett nålstick, upphängd från en konsol. En laserstråle riktas mot en av dessa speglar, och när strålen reflekteras, det fluktuerande strålningstrycket är tillräckligt för att böja den fribärande strukturen, får spegelplattan att vibrera, som skapar ljud.
Louisiana State University Department of Physics &Astronomy Docent Thomas Corbitt och hans team av forskare presenterar nu det första bredbandet, off-resonansmätning av kvantstrålningstryckbrus i ljudbandet, vid frekvenser som är relevanta för gravitationsvågsdetektorer, som rapporterats idag i den vetenskapliga tidskriften Natur . Kredit:Elsa Hahne, LSU
Gravitationsvågsinterferometrar använder så mycket laserkraft som möjligt för att minimera osäkerheten som orsakas av mätning av diskreta fotoner och för att maximera signal-brusförhållandet. Dessa strålar med högre effekt ökar positionsnoggrannheten men ökar också ryggverkan, vilket är osäkerheten i antalet fotoner som reflekteras från en spegel som motsvarar en fluktuerande kraft på grund av strålningstrycket på spegeln, orsakar mekanisk rörelse. Andra typer av buller, som termiskt brus, dominerar vanligtvis över kvantstrålningstryckljud, men Corbitt och hans team, inklusive medarbetare på MIT och Crystalline Mirror Solutions, har sorterat igenom dem. Avancerade LIGO och andra andra och tredje generationens interferometrar kommer att begränsas av tryckbrus från kvantstrålning vid låga frekvenser när de körs med sin fulla lasereffekt. Corbitts papper in Natur ger ledtrådar om hur forskare kan kringgå detta när de mäter gravitationsvågor.
"Med tanke på behovet av mer känsliga gravitationsvågsdetektorer, det är viktigt att studera effekterna av kvantstrålningstryckljud i ett system som liknar Advanced LIGO, som kommer att begränsas av kvantstrålningstryckbrus över ett brett frekvensområde långt från den mekaniska resonansfrekvensen för testmassuspensionen, " sa Corbitt.
Corbitts tidigare akademiska rådgivare och huvudförfattare till Natur papper, Jonathan Cripe, tog examen från LSU med en Ph.D. i fysik förra året och är nu postdoktor vid National Institute of Standards and Technology:
Louisiana State University Department of Physics &Astronomy Docent Thomas Corbitt och hans team av forskare presenterar nu det första bredbandet, off-resonansmätning av kvantstrålningstryckbrus i ljudbandet, vid frekvenser som är relevanta för gravitationsvågsdetektorer, som rapporterats i den vetenskapliga tidskriften Natur . Kredit:Elsa Hahne, LSU
"Dag till dag på LSU, när jag gjorde bakgrundsarbetet med att designa detta experiment och mikrospeglarna och placera all optik på bordet, Jag tänkte inte riktigt på effekterna av de framtida resultaten, " sa Cripe. "Jag fokuserade bara på varje enskilt steg och tog saker en dag i taget. [Men] nu när vi har slutfört experimentet, det är verkligen fantastiskt att ta ett steg tillbaka och tänka på det faktum att kvantmekaniken – något som verkar utomjordiskt och avlägsnat från den dagliga mänskliga upplevelsen – är den huvudsakliga drivkraften för rörelsen hos en spegel som är synlig för det mänskliga ögat. Kvantvakuumet, eller 'ingenting, kan ha en effekt på något du kan se."
Pedro Marronetti, en fysiker och NSF-programledare, konstaterar att det kan vara knepigt att testa nya idéer för att förbättra gravitationsvågsdetektorer, speciellt när du minskar brus som bara kan mätas i en fullskalig interferometer:
"Det här genombrottet öppnar nya möjligheter för att testa brusreducering, " sa han. Den relativa enkelheten i tillvägagångssättet gör den tillgänglig för ett brett spektrum av forskargrupper, potentiellt öka deltagandet från det bredare forskarsamhället i gravitationsvågastrofysik."
