Tiek meklēti pirmie pierādījumi par gravitācijas viļņiem, kas pārvietojas ap kosmosu. Ja gravitācijas vilnis iziet cauri kosmosa laika tilpumam, kas ieskauj Zemi, teorētiski lāzera stars uztver nelielas izmaiņas, jo tuvojošais vilnis nedaudz maina attālumu starp spoguļiem. Ir vērts atzīmēt, ka šīs nelielās izmaiņas būs mazas; tik mazs, ka LIGO ir paredzēts, lai noteiktu attāluma svārstības, kas ir mazākas par vienu tūkstošdaļu no protonu. Tas ir iespaidīgi, bet tas varētu būt labāk. Tagad zinātnieki domā, ka ir atraduši veidu, kā palielināt LIGO jutīgumu; izmantojiet dīvainās fotona kvantu īpašības, lai “izspiestu” lāzera staru, lai varētu sasniegt jutības palielināšanos…
LIGO izstrādāja MIT un Caltech līdzstrādnieki, lai meklētu novērojumu pierādījumus par teorētiskiem gravitācijas viļņiem. Tiek uzskatīts, ka gravitācijas viļņi izplatās visā Visumā, jo masīvi objekti traucē telpas laiku. Piemēram, ja divi melnie caurumi saduras un saplūst (vai sadūrās un sasprāga viens no otra), Einšteina vispārējās relativitātes teorija paredz, ka pulsācija tiks nosūtīta visā telpas laika laikā. Lai pierādītu, ka pastāv gravitācijas viļņi, bija jāveido pavisam cita veida observatorija, nevis lai novērotu elektromagnētiskos izstarojumus no avota, bet gan lai atklātu šo traucējumu caurbraukšanu, kas ceļo caur mūsu planētu. LIGO ir mēģinājums izmērīt šos viļņus, un, ņemot vērā milzīgas uzstādīšanas izmaksas 365 miljonu ASV dolāru apmērā, iekārtai ir milzīgs spiediens, lai atklātu pirmo gravitācijas vilni un tā avotu (plašāku informāciju par LIGO skatīt “Klausīšanās” gravitācijas viļņiem, lai izsekotu melnajiem caurumiem). Diemžēl pēc vairāku gadu zinātnes neviens nav atrasts. Vai tas notiek tāpēc, ka tur nav gravitācijas viļņu? Vai arī LIGO vienkārši nav pietiekami jūtīga?
Uz pirmo jautājumu ātri atbild LIGO zinātnieki: ilgāka datu vākšanai ir nepieciešams vairāk laika (pirms gravitācijas viļņu noteikšanas ir jābūt lielākam “ekspozīcijas laikam”). Pastāv arī spēcīgi teorētiski iemesli, kāpēc vajadzētu pastāvēt gravitācijas viļņiem. Otrais jautājums ir tāds, ko zinātnieki no ASV un Austrālijas cer uzlabot; iespējams, LIGO nepieciešams paaugstināt jutīgumu.
Lai padarītu gravitācijas viļņu detektorus jutīgākus, Nergis Mavalvala šī jaunā pētījuma vadītājs un MIT fiziķis ir pievērsies ļoti maziem, lai palīdzētu atklāt ļoti lielos. Lai saprastu, ko pētnieki cer sasniegt, ir nepieciešams ļoti īss kvantu “izplūšanas” avārijas kurss.
Detektori, piemēram, LIGO, ir atkarīgi no ļoti precīzas lāzera tehnoloģijas, lai izmērītu traucējumus telpā-laikā. Tā kā gravitācijas viļņi pārvietojas cauri Visumam, tie izraisa niecīgas izmaiņas attālumā starp divām pozīcijām kosmosā (šie viļņi faktiski “sagroza” telpu). Lai arī LIGO ir iespēja noteikt traucējumus, kas mazāki par tūkstošdaļu no protona platuma, būtu lieliski, ja tiktu iegūta vēl lielāka jutība. Lai arī lāzeri pēc savas būtības ir precīzi un ļoti jutīgi, lāzera fotonus joprojām regulē kvantu dinamika. Tā kā lāzera fotoni mijiedarbojas ar interferometru, pastāv kvantu izplūšanas pakāpe, kas nozīmē, ka fotons nav asas tapas punkts, bet nedaudz izplūdušs kvantu troksnis. Cenšoties samazināt šo troksni, Mavalvala un viņas komanda ir spējuši “izspiest” lāzera fotonus.
Lāzera fotoniem ir divi lielumi: fāze un amplitūda. Fāze apraksta fotonu stāvokli laikā un amplitūda apraksta fotonu skaitu lāzera starā. Šajā kvantu pasaulē, ja tiek samazināta lāzera amplitūda (noņemot daļu trokšņa); palielināsies kvantu nenoteiktība lāzera fāzē (pievienojot nelielu troksni). Tieši šī kompromisa pamatā ir šī jaunā izspiešanas tehnika. Svarīgi ir precizitāte amplitūdas mērījumos, nevis fāzē, mēģinot noteikt gravitācijas vilni ar lāzeriem.
Cerams, ka šo jauno paņēmienu var izmantot vairāku miljonu dolāru LIGO mehānismam, iespējams, palielinot LIGO jutīgumu par 44%.
“Šī darba nozīmīgums ir tāds, ka tas mūs piespieda stāties pretī un risināt dažus praktiskos izaicinājumus, kas saistīti ar izspiesto valsts iepludināšanu - un to ir daudz. Tagad mēs esam daudz labākos apstākļos, lai ieviestu izspiešanu kilometru mēroga detektoros un uztvertu šo nenotveramo gravitācijas vilni. ” - Nergis Mavalvala.
Avots: Physorg.com
