Kuantum hilelerle yerçekimi dalga dedektörlerini artırma

Anonim

Kopenhag Üniversitesi'ndeki Niels Bohr Enstitüsü'nden (NBI) bir grup bilim adamı, çekimsel dalga dedektörlerini önemli ölçüde iyileştirmek için yakında yeni bir teknik ekipman hattı geliştirmeye başlayacak.

Yerçekimi dalga dedektörleri son derece hassastır ve örneğin uzayda çarpışan nötron yıldızlarını kaydedebilir. Yine de, Evren hakkındaki bilgimizi genişletmek için daha fazla hassasiyet aranıyor ve NBI-bilim insanları, ekipmanlarının dedektörleri geliştirebileceğine inanıyor, diyor Profesör Eugene Polzik: “Ve, kavramın kanıtlarını yaklaşık olarak gösterebilmeliyiz. üç yıl."

Eğer NBI-bilim insanları yerçekimsel dalga dedektörlerini "gerçekçi bir şekilde gerçekleştirilebildikleri" kadar geliştirebilselerdi, dedektörler şu anda mümkün olandan sekiz kat daha fazla hacimde ölçümleri izleyebilir ve gerçekleştirebilir. Eugene Polzik: "Bu gerçekten önemli bir uzantıyı temsil edecektir."

Polzik NBI'de Quantum Optics'in (Quantop) başıdır ve yerçekimsel dalga dedektörleri için özel olarak üretilen ekipmanların geliştirilmesine öncülük edecektir. AB, Eureka Ağ Projeleri ve ABD merkezli John Templeton Vakfı tarafından desteklenen ve toplam 10 milyon DKK bağışla desteklenen araştırma, Eugene Polzik'in NBI'deki laboratuarında gerçekleştirilecek.

Bir çarpışma iyi fark ettim

Büyük bir uluslararası bilim insanı ekibinin gerçekten iki nötron yıldızının çarpışmasını ölçtüğü teyit edildiğinde, tüm dünyada haber medyası Ekim 2017'de aşırı dolara kaymış; Dünya'dan 140 milyon ışıkyılı bir olay meydana geldi ve bir kilonova oluşumuyla sonuçlandı.

NBI'nin uzmanlarını da içeren uluslararası bilim adamları ekibi, uzay hızının uzayındaki dalgalardan, yerçekimsel dalgaları ölçerek çarpışmayı doğrulayabiliyordu. Dalgalar, üç yerçekimi dalgası detektörü tarafından kaydedildi: iki ABD merkezli LIGO detektörü ve İtalya'daki Avrupa Virgo-detektörü.

Profesör Eugene Polzik, "Bu yerçekimsel dalga dedektörleri, şimdiye kadar üretilen en hassas ölçüm ekipmanını temsil ediyor - hala dedektörler olabileceği kadar doğru değiller. Ve bunu geliştirmek istediğimiz şey bu, " diyor.

Bunun nasıl yapılabileceği, Eugene Polzik ve bir meslektaşı olan LIGO işbirliği ve Moskova Devlet Üniversitesi'nden Farid Khalili'nin kısa bir süre önce Science Journal Physical Review Letters dergisinde yayınladıkları bir makalede özetlenebilir. Ve bu sadece teorik bir teklif değil, Eugene Polzik:

"Bunun planlandığı gibi çalışacağına ikna olduk. Hesaplarımız, yerçekimsel dalga dedektörleri tarafından gerçekleştirilen ölçümlerin kesinliğini iki katına çıkarabileceğimizi gösteriyor. Ve eğer başarılı olursak, bu bir artışla sonuçlanacaktır. Yerçekimsel dalga dedektörlerinin şu anda inceleyebileceği hacimdeki sekizlik bir faktör. "

Küçük bir cam hücre

Geçen yılın Temmuz ayında Eugene Polzik ve Quantop'taki ekibi Nature'da çok dikkat çeken bir yazı yayınladılar - ve bu çalışma aslında çekim dalgası dedektörlerini iyileştirme girişimlerinin temelini oluşturuyor.

Doğadaki makale, temelde bir nesnenin tam konumunu ve tam hızını bilmediğinizi söyleyen Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi'ni 'kandırmak' üzerine odaklanmıştır.

Bu, bir nesneye ışık yakarak yapılan gözlemlerin kaçınılmaz olarak fotonlar, ışık parçacıkları tarafından rastgele yönlerde “tekme” edilmesine yol açacağı gerçeğiyle ilgilidir. Bu olay, Kuantum Geri Hareket (QBA) olarak bilinir ve bu rastgele hareketler, ölçümlerin kuantum seviyesinde gerçekleştirilebileceği kesinliğe bir sınır koymuştur.

2017 yazında Nature dergisinde yayınlanan yazılar, Eugene Polzik ve ekibinin, büyük ölçüde, QBA'yı etkisiz hale getirmenin mümkün olduğunu gösterebildikleri için manşetlerde bulundu.

Profesör Polzik'in dediği gibi, yerçekimi dalga dedektörlerinin - yani ışıkla çalışan, yani lazer ışığı - olabildiğince doğru olmalarının nedeni QBA'dır.

Basitçe belirtmek gerekirse, eğer bir nesneyi gözlemlemek için kullanılan ışık başlangıçta bir 'filtre' ile gönderilirse QBA'yı nötralize etmek mümkündür. Bu, Doğa'daki makalenin - Quantop'taki NBI-bilim adamlarının geliştirdiği 'filtre' ve bu yüzden nasıl bir şey olduğunu belirtti. tarif edilen, bir milimetrelik bir cam hücrede, bir milimetre uzunluğunda, bir milimetrenin 1 / 3'ü ve milimetrenin 1 / 3'ü oranında kilitlenmiş 100 milyon sezyum atomunun bir bulutundan oluşuyordu.

Bu 'filtrenin' arkasındaki ilke, Polzik ve ekibinin yerçekimsel dalga dedektörlerine dahil olmayı amaçladığı şeydir.

Teoride, hem Avrupa'da hem de Amerika'da bulunan dedektörlerden daha güçlü lazer ışığına geçerek yerçekimi dalgalarının ölçümlerini optimize edebilir. Ancak, kuantum mekaniğine göre bu bir seçenek değil, diyor Eugene Polzik:

"Daha güçlü lazer ışığına geçmek, dedektörlerde bir ayna seti oluşturacaktır, çünkü Kuantum Geri Eylemine daha fazla fotonlar neden olacaktır. Bu aynalar kesinlikle çok önemlidir ve eğer titremeye başlarlarsa, aslında gerçekte yanlışlık artacaktır."

Bunun yerine, NBI-bilim insanları, Nature makalesinde gösterdikleri atomik 'filtrelere' dayalı bir plan geliştirdiler: Yerçekimi dalgası dedektörlerinin, hücrenin özel bir versiyonunu kullanarak çalıştığı lazer ışığını gönderecekler. kilitli atomlar, Eugene Polzik diyor ki: "Ve biz bu işi yapacağını umuyoruz."

menu
menu