Точність телескопа LIGO подолала квантовий ліміт
Лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO) з 2015 року веде спостереження за гравітаційними хвилями, що виникають у космосі внаслідок зіткнення чорних дірок або нейтронних зірок. Точність вимірювань LIGO залежить від здатності вимірювати розтягування та стиснення тканини простору-часу за допомогою ваг, у 10 000 трильйонів разів менших, ніж людське волосся. Здійснивши значний прорив у квантовій технології «стиснення», співробітники обсерваторії змогли подолати межу, покладену законами квантової фізики, та виміряти хвилеподібні рухи у просторі-часі по всьому діапазону частот гравітаційних хвиль, які сприймає LIGO.
Закони квантової фізики диктують, що частки, у тому числі фотони, створюють квантовий шум, який знижує рівень точності лазерних вимірювань. Квантовий стиск - це метод, що дозволяє приглушити цей шум або, точніше, перемістити його з одного місця в інше, щоб зробити більш точні виміри.
Термін «стиск» відноситься до того факту, що світлом можна маніпулювати, як повітряною кулькою. Якщо стиснути його в одному місці, в іншому виникне міхур повітря. Світло теж можна стиснути, щоб одна з його властивостей стала точнішою, але тоді інша стане більш невизначеною, згідно з принципом невизначеності. З 2019 року подвійні детектори LIGO стискають світло таким чином, щоби підвищити чутливість гравітаційних хвиль. Але в той час як вимірювання на високих частотах стають більш точними, на низьких ситуаціях зворотна.
Вирішенням цієї проблеми стало застосування частотно-залежних оптичних порожнин — трубок довжиною близько 300 метрів, які дозволяють стискати світло по-різному, в залежності від частоти астрономів гравітаційних хвиль, що цікавлять. Все це скорочує перешкоди на всій частоті спостережень LIGO. Тож тепер вченим немає потреби вибирати, де жертвувати точністю.
Нова технологія "частотно-залежного стиснення", про яку пише MIT News, застосовується обсерваторією LIGO з травня цього року. Це означає, що тепер детектори можуть приймати більше сигналів Всесвіту і можуть виявити приблизно на 60% більше злиття надмасивних об'єктів, ніж раніше.
Крім того, отриманий досвід може стати в нагоді для створення квантових комп'ютерів та іншої мікроелектроніки, а також для експериментів у галузі фундаментальної фізики.
У пошуках відповіді так званий феномен Фермі вчені вигадували дедалі більше екзотичні методи пошуку інопланетян. Минулого року команда фізиків США запропонувала ще один спосіб з використанням обсерваторії LIGO.