Ieškoma pirmųjų gravitacinių bangų, keliaujančių aplink kosmosą, įrodymų. Jei gravitacinė banga praeitų pro Žemę supančio erdvės laiko tūrį, teoriškai lazerio spindulys aptinka nedidelį pokytį, nes artimoji banga šiek tiek keičia atstumą tarp veidrodžių. Verta paminėti, kad šis nedidelis pokytis bus mažas; toks mažas, kad LIGO buvo sukurtas aptikti mažesnį kaip vienos tūkstantosios dalies pločio atstumo svyravimą protonas. Tai įspūdinga, bet gali būti geriau. Dabar mokslininkai mano, kad rado būdą padidinti LIGO jautrumą; naudoti „keistas“ fotono kvantines savybes „išspausti“ lazerio spindulį, kad būtų galima padidinti jautrumą…
LIGO sukūrė bendradarbiai iš MIT ir „Caltech“, norėdami ieškoti teorinių gravitacinių bangų stebėjimo įrodymų. Manoma, kad gravitacinės bangos plinta visoje Visatoje, nes masyvūs objektai trikdo erdvės laiką. Pvz., Jei dvi juodosios skylės susidūrė ir susiliejo (arba susidūrė ir susisprogdino viena nuo kitos), Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija numato, kad pulsas bus išsiųstas visame erdvės laiko audinyje. Norėdami įrodyti, kad egzistuoja gravitacinės bangos, reikėjo pastatyti visiškai kitokio tipo observatoriją, kad būtų galima ne stebėti elektromagnetinius šaltinius iš šaltinio, bet aptikti šių pasipiktinimų, praeinančių per mūsų planetą, praėjimą. LIGO yra bandymas išmatuoti šias bangas, o nepaprastai brangios 365 milijonų JAV dolerių išlaidos įrenginiui kelia didžiulį spaudimą atrasti pirmąją gravitacinę bangą ir jos šaltinį (daugiau informacijos apie LIGO rasite Gravitacinių bangų „klausymas“ juodosioms skylėms sekti). Deja, po kelerių metų mokslo nė vienas nerastas. Ar taip yra todėl, kad ten nėra gravitacinių bangų? O gal LIGO nėra pakankamai jautri?
Į pirmąjį klausimą greitai atsako LIGO mokslininkai: ilgesniam duomenų rinkimo laikotarpiui reikia daugiau laiko (prieš aptinkant gravitacines bangas, turi būti daugiau „ekspozicijos laiko“). Taip pat yra rimtų teorinių priežasčių, kodėl turėtų egzistuoti gravitacijos bangos. Antras klausimas, ką tikisi pagerinti JAV ir Australijos mokslininkai; galbūt LIGO reikia padidinti jautrumą.
Kad gravitacinių bangų detektoriai būtų jautresni, Nergis Mavalvala šio naujojo tyrimo vadovas ir MIT fizikas sutelkė dėmesį į labai mažus, kad padėtų aptikti labai didelius. Norint suprasti, ko tyrėjai tikisi pasiekti, reikalingas labai trumpas kvantinio „neryškumo“ katastrofos kursas.
Tokie detektoriai kaip LIGO priklauso nuo labai tikslios lazerio technologijos, kad būtų galima išmatuoti trikdžius erdvės metu. Kai gravitacinės bangos keliauja per Visatą, jos sukelia mažus atstumo tarp dviejų erdvės padėčių pokyčius (šias bangas erdvė „sutraukia“). Nors LIGO turi galimybę aptikti mažiau nei tūkstantąją protono pločio pertraukimą, būtų puiku, jei būtų įgytas dar didesnis jautrumas. Nors lazeriai iš prigimties yra tikslūs ir labai jautrūs, lazerio fotonus vis dar valdo kvantinė dinamika. Lazerio fotonams sąveikaujant su interferometru, yra kvantinio neryškumo laipsnis, reiškiantis, kad fotonas nėra aštrus smaigo taškas, bet šiek tiek neryškus dėl kvantinio triukšmo. Siekdamos sumažinti šį triukšmą, Mavalvala ir jos komanda sugebėjo „išspausti“ lazerinius fotonus.
Lazerio fotonai turi du dydžius: fazę ir amplitudę. Fazė apibūdina fotonų padėtį laike ir amplitudę - apibūdina fotonų skaičių lazerio pluošte. Šiame kvantiniame pasaulyje, jei lazerio amplitudė yra sumažinta (pašalinant dalį triukšmo); kvanto neapibrėžtys lazerio fazėje padidės (pridedant šiek tiek triukšmo). Būtent šis kompromisas ir yra grindžiamas šia nauja spaudimo technika. Svarbu yra tikslumas matuojant amplitudę, o ne fazę, bandant lazeriais nustatyti gravitacinę bangą.
Tikimasi, kad šią naują metodiką bus galima pritaikyti kelių milijonų dolerių LIGO priemonei, galbūt padidinant LIGO jautrumą 44%.
“Šio darbo reikšmė yra ta, kad jis privertė mus susitaikyti ir išspręsti kai kuriuos praktinius iššūkių, susijusių su valstybės spaudimu, iššūkius - jų yra daugybė. Dabar mes esame daug geresnėje padėtyje, kad įgyvendintume išspaudimą kilometrų skalės detektoriuose ir pagautume tą nemandagią gravitacinę bangą. “ - Nergis Mavalvala.
Šaltinis: Physorg.com
