Fysiker har framgångsrikt utvecklat ett nytt instrument som avsevärt minskar kvantnivåbrus som hittills har begränsat experimentens förmåga att upptäcka gravitationella vågor. Kollisioner mellan massiva svarta hål och stjärnor tros generera dessa krusningar i rymdtid som först upptäcktes 2015. Sammantaget cirka 11 upptäckter har hittills bekräftats fullt ut.

Enheten markerar en stor förbättring av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, eller LIGO, ökar detektionsområdet med 15%. Eftersom himlen är en sfär, forskare räknar med att kunna upptäcka cirka 50% fler gravitationella vågor. De förutspår nu att de kommer att fånga dussintals av dessa sällan upptäckta händelser under LIGOs pågående experiment som körs fram till april 2020, som skulle kunna förändra deras förståelse av fenomenen. Samarbetet publicerade sina resultat idag i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

"Det här är verkligen vändpunkten, för nu kan vi verkligen göra statistik "med alla dessa upptäckter, sa Lisa Barsotti, en MIT -astrofysiker och en av forskarna som leder ansträngningen. "Det är därför det börjar bli en ny era inom gravitationsvågastronomi."

LIGO:s detektorer i Hanford, Washington och Livingston, Louisiana avslöjar en inkommande gravitationsvåg med jätteinterferometrar. Dessa innebär att lasrar studsar av speglar och färdas längs två L-formade armar som är 4 kilometer långa. En gravitationell våg spänner armarna så att laserstråleparet blir ur fas.

Men fysikers förmåga att upptäcka en så liten signal begränsas av till synes oöverstigligt kvantbrus, på grund av slumpmässiga fluktuationer som något modulerar ankomsttiden för fotoner, de minsta kvantbitarna av laserljus. För att åtgärda det, Barsotti och hennes kollegor använder en kvantpressare, "en kristall i hålrummet i interferometerns armar som manipulerar interaktionerna mellan lasern och kvantevakuumet och ger mindre fluktuationer bland fotonerna.

Prestationen samlade expertis inom kvantfysik och astrofysik och möjliggör mer känsliga upptäckt av svarta hål och extremt täta neutronstjärnor när de slår in i varandra. Andra kolliderande föremål, som supernovaexplosioner och mer typiska stjärnor, skapa gravitationella vågor som fortfarande är för små för att plocka ut med nuvarande teknik.

Liknande kvantklämningsanordningar testas också av LIGO:s europeiska motsvarigheter i Advanced Virgo, med hjälp av detektorer byggda i norra Italien. Barsotti förutspår att kvantpressat ljus kommer att bli standarden för alla nästa generations detektorer, som den föreslagna Cosmic Explorer, som skulle ha armar som sträcker sig 40 kilometer på marken, ytterligare öka dess känslighet.

Denna berättelse publiceras igen med tillstånd av Inside Science. Läs den ursprungliga historien här. Använd med tillstånd. Inside Science är en redaktionellt oberoende nyhetstjänst från American Institute of Physics.