Gravitacinių bangų detektorių su kvantiniais triukais didinimas

Mokslo sriuba: Molėtų teleskopai ir gravitacinių bangų atradimas (Birželis 2019).

Anonim

Kopenhagos universiteto Niels Bohr instituto (NBI) mokslininkų grupė netrukus pradės kurti naują techninės įrangos liniją, kad žymiai pagerintų gravitacinių bangų detektorius.

Gravitaciniai bangų detektoriai yra labai jautrūs ir gali, pvz., Užregistruoti kosminius neutronų žvaigždes. Tačiau norint išplėsti savo žinias apie Visatą, norima išplėsti savo žinias apie Visatą, o NBI mokslininkai yra įsitikinę, kad jų įranga gali pagerinti detektorius, sako profesorius Eugenijus Polzik: "Ir mes turėtume sugebėti įrodyti koncepciją per apytiksliai trys metai."

Jei NBI mokslininkai sugeba patobulinti gravitacinių bangų detektorius tiek, kiek jie "realiai tikėtis, kad tai gali būti padaryta", detektoriai galės stebėti ir atlikti aštuonis kartus didesnius erdvių matavimus nei dabar galima, aiškina Eugenijus Polzikas: "Tai bus tikrai reikšmingas pratęsimas".

Polzik yra "Quantum Optics" ("Quantop") vadovas "NBI" ir jis pradės kurti pritaikytą įrangą gravitacinėms bangų detektoriams. Eugenio Polzik laboratorijoje "NBI" bus atliktas tyrimas, kurį remia ES, "Eureka" tinklo projektai ir JAV fondas "John Templeton Foundation", kurios dotacijos yra 10 mln. DKK.

Susidūrė gerai pastebėta

2017 m. Spalio mėn. Žiniasklaida visame pasaulyje persikėlė į "overdrive", kai buvo patvirtinta, kad didelė tarptautinė mokslininkų grupė iš tiesų išmatuoja dviejų neutronų žvaigždžių susidūrimą; įvykis, kuris įvyko 140 milijonų šviesos metų nuo Žemės ir sukūrė kiloną.

Tarptautinė mokslininkų grupė, kuri taip pat buvo ir NBI ekspertų, sugebėjo patvirtinti susidūrimą, matuodama gravitacines bangas iš kosmoso bangų pačioje kosmoso erdvėje, judant šviesos greičiui. Bangos buvo užfiksuotos trimis gravitacinių bangų detektoriais: dviem JAV LIGO detektoriais ir Europos Mergelės detektoriumi Italijoje.

"Šie gravitaciniai bangų detektoriai yra dar labiausiai jautrus matavimo prietaisas, kurį dar gamina žmogus, - vis tiek detektoriai nėra tokie tikslūs, kokie jie galbūt būtų. Ir tai mes ketiname tobulinti", - sako profesorius Eugenijus Polzik.

Kaip tai galima padaryti, aprašyta straipsnyje, kurį neseniai paskelbė mokslinis žurnalas Physical Review Letters, kurį pateikė Eugenijus Polzik ir kolega Farid Khalili iš bendradarbiavimo LIGO ir Maskvos valstybinio universiteto. Ir tai ne tik teorinis pasiūlymas, sako Eugenijus Polzik:

"Mes esame įsitikinę, kad tai veiks kaip numatyta. Mūsų skaičiavimai rodo, kad mes turėtume sugebėti patobulinti gravitacinių bangų detektorių matavimų tikslumą du kartus. Ir jei pavyks, tai padidins aštuonios tūrio erdvėje koeficientas, kurį šiuo metu gali išnagrinėti gravitacinės bangos detektoriai. "

Mažas stiklinis langelis

Praėjusių metų liepos mėnesį Eugenijus Polzik ir jo komanda "Quantop" paskelbė labai pastebėtą straipsnį gamtoje - ir šis darbas iš tiesų yra pats pagrindas jų būsimam bandymui pagerinti gravitacinių bangų detektorius.

Straipsnis "Gamtoje" apibūdina "apgaulingą" Heizenbergo neapibrėžtumo principą, kuris iš esmės sako, kad jūs negalite vienu metu žinoti tikslios objekto vietos ir tikslaus greičio.

Tai yra susijusi su tuo, kad stebėjimai, kuriuos atliekant šviesos šviesa ant objekto neišvengiamai sukels objektus, kurie atsitiktine kryptimi bus "atsukti" fotonais, šviesos dalelėmis. Šis reiškinys žinomas kaip "Quantum Back Action" (QBA), ir šie atsitiktiniai judesiai riboja tikslumą, kuriuo galima atlikti matavimus kvantiniu lygmeniu.

Gamtos straipsnis 2017 m. Vasarą skyrė antraštes, nes Eugenijus Polzik ir jo komanda sugebėjo parodyti, kad iš esmės galima neutralizuoti QBA.

Ir QBA yra ta pati priežastis, kodėl gravitaciniai bangų detektoriai, kurie taip pat veikia su šviesa, ty lazerio šviesa, yra ne tokie tikslūs, kaip galbūt būtų ", - sako profesorius Polzikas.

Paprasčiausiai galima neutralizuoti QBA, jei šviesa, naudojama stebėti objektą, iš pradžių siunčiama per "filtras". Tai buvo tas, ką apibūdino gaminys straipsnyje ir "filtras", kurį sukūrė "Quantop" NBI mokslininkai ir aprašyta 100 milijonų tseido atomų debesis, uždarytas hermetiškai uždarytoje stiklo ląstelėje, tik viena centimetro ilgio, 1/3 aukščio milimetre ir 1/3 milimetro pločio.

Šio "filtro" principas yra tas, ką Polzik ir jo komanda siekia įtraukti į gravitacines bangų detektorius.

Teoriškai galima optimizuoti gravitacinių bangų matavimus, pereinant prie stipresnės lazerio šviesos, nei veikiantys detektoriai tiek Europoje, tiek JAV. Tačiau, pagal kvantinę mechaniką, tai nėra pasirinkimas, sako Eugenijus Polzik:

"Perjungimas į stipresnę lazerio spinduliuotę sukels tik veidrodžių rinkinį detektoriuose, nes" Quantum Back "veiksmai bus sukelti daugiau fotonų. Šie veidrodžiai yra absoliučiai svarbūs, o jei jie pradeda purtyti, tai iš tikrųjų padidins netikslumą."

Vietoj to, NBI mokslininkai parengė planą, pagrįstą atomo "filtru", kurį jie parodė Gamtos straipsnyje: jie siunčia lazerio spindulį, kuriuo gravitaciniai bangų detektoriai veikia per specialią ląstelių versiją su užblokuoti atomai, sako Eugenijus Polzik: "Ir mes tikimės, kad tai atliks darbą".

menu
menu