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新的引力波探测器“听”到6倍的宇宙之声

olivia chan

引力波探测器受到基本量子噪声的限制:一种它们永远无法消除的持续“嗡嗡声”。但现在物理学家最近改进了一种名为“压缩真空光场”(Squeezing)的技术,可以让下一代探测器的灵敏度提高一倍。

所有在宇宙中游荡的引力波都非常微弱。当它们冲过地球时,即使是最强的波浪,晃动的幅度也不会超过一个原子核的宽度。我们的探测器(如LIGO和VIRGO)来回弹射激光束,以测量这些微小的差异。但当他们这样做时,他们会遇到量子力学的基本不确定性。

这种基本的不确定性被称为海森堡不确定性原理。即某些测量集(比如说,粒子的位置和动量,或者光束的相位和亮度)永远不可能像我们想要的那样精确。这种不确定性限制了我们能探测到的引力波的大小——它们必须比那个由于不确定性原理而产生的背景量子“噪声”更大。

现在,GEO600研究人员在引力波探测器中实现了有史以来最强的压缩真空光场。他们将量子力学噪声降低至原来的二分之一。这对爱因斯坦望远镜和宇宙探测器等第三代探测器来说是一大进步。

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来自马克斯-普朗克引力物理研究所(阿尔伯特-爱因斯坦研究所;AEI)和汉诺威莱布尼茨大学引力物理研究所的GEO600团队,与卡迪夫大学和格拉斯哥大学的合作伙伴一起将量子背景噪声降低至原来的二分之一。科学家们将这一成就称为6dB的压缩真空光场水平。

“我们专注于优化和表征GEO600的压缩真空光场及其与探测器的接口。与没有压缩光场的探测器相比,现在宇宙的可观测体积在高频下增加了8倍,”GEO600的首席科学家、发表在《物理评论快报》上的第一作者James Lough博士说:“这可能有助于提高我们对中子星的理解。”

研究团队利用新设计和定制的光学元件,并通过优化压缩真空光场的光学设置以及如何将其输出输入探测器,实现了新的记录。

AEI主任和汉诺威莱布尼茨大学引力物理研究所主任Karsten Danzmann教授说,“我们相信,在GEO600,我们可以达到10分贝,这是未来引力波探测器所需的压缩真空光场水平。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.041102


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