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科技工作者之家 2020-11-23
来源:天文物理
物理学家已经成功地开发出一种新仪器,该仪器可以显着降低量子水平上的噪声,到目前为止,量子水平上的噪声限制了实验和发现引力波的能力。大质量黑洞和恒星之间的碰撞,被认为是在2015年首次探测到时空中产生的这些涟漪。到目前为止,总共有大约11起探测得到充分确认。新设备标志着对激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的重大改进,将其探测范围增加了15%,由于天空是球体,科学家们预计能够探测到大约50%的引力波。
科学家们现在预测,在LIGO正在进行的实验持续到2020年4月期间,将捕捉到数十个这种很少被检测到的事件,这可能会改变对这些现象的理解,该合作研究小组现在在《物理评论快报》上发表了其发现。领导这项工作的科学家之一、麻省理工学院天体物理学家丽莎·巴索蒂(Lisa Barsotti)说:
这真的是一个转折点,因为现在我们真的可以通过所有这些探测来进行统计了”,这就是为什么它正在成为引力波天文学新纪元的原因。LIGO位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的探测器,使用巨型干涉仪显示了一种传入的引力波。其中包括激光从镜子上反弹,并沿着两个4公里长的L型手臂行进。
引力波使两臂产生拉力,因此这对激光束变得不同相位。但物理学家探测如此微小信号的能力,受到看似不可逾越的量子噪声限制,因为随机波动略微调制了光子的到达时间,光子是激光中最小的量子比特。为了弥补这一点,Barsotti和同事们使用了量子“压缩器”,这是一种位于干涉仪手臂腔内的晶体。可以操纵激光和量子真空之间的相互作用,并在光子之间产生较小的波动。
这项成就汇集了量子物理和天体物理方面的专业知识,并使科学家们能够在黑洞和密度极高的中子星相互碰撞时,进行更灵敏的探测。其他碰撞天体,如超新星爆炸和更典型的恒星,产生的引力波仍然太小,用目前的技术无法分辨出来。室女座也在使用意大利北部建造的探测器,测试类似的量子压缩设备,量子压缩光将成为所有下一代探测器的标准。比如拟议中的宇宙探测器,它的臂将在地面上伸展40公里,进一步提高其灵敏度。
自2015年以来,激光干涉仪引力波天文台(LIGO)一直在直接探测来自双星合并的引力波,研究利用先进的LIGO H1和L1探测器首次使用压缩真空态直接测量引力波。这一成就是几十年来在引力波探测器中实现压缩态研究的顶峰。在正在进行的O3观测运行期间,压缩态将LIGO干涉仪对50 Hz以上信号的灵敏度提高了高达3dB,从而将预期检测率提高了40%(H1)和50%(L1)。
来源:tianwenwuli 天文物理
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