Søket er på for å oppdage de første bevisene på tyngdekraftsbølger som reiser rundt i kosmos. Skulle en gravitasjonsbølge passere volumet av romtid rundt jorden, i teorien laserstrålen vil oppdage en liten forandring da den forbipasserende bølgen litt endrer avstanden mellom speil. Det er verdt å merke seg at denne lette endringen vil være liten; så liten faktisk at LIGO er designet for å oppdage en avstandssvingning på mindre enn en tusendel av bredden på en proton. Dette er imponerende, men det kan være bedre. Nå tror forskere at de har funnet en måte å øke sensitiviteten til LIGO på; bruk fotonens rare kvanteegenskaper for å "klemme" laserstrålen slik at en økning i følsomhet kan oppnås ...
LIGO ble designet av samarbeidspartnere fra MIT og Caltech for å søke etter observasjonsbevis for teoretiske gravitasjonsbølger. Det antas at gravitasjonsbølger forplanter seg over hele universet når massive gjenstander forstyrrer rom-tid. Hvis for eksempel to sorte hull kolliderte og fusjonerte (eller kolliderte og sprengtes vekk fra hverandre), spår Einsteins teori om generell relativitet at en krusning vil bli sendt gjennom stoffets rom-tid. For å bevise gravitasjonsbølger, trengs det å bygge en helt annen type observatorium, ikke for å observere elektromagnetiske utslipp fra kilden, men for å oppdage passasjen til disse forstyrrelsene som reiser gjennom planeten vår. LIGO er et forsøk på å måle disse bølgene, og med en garantert oppsettingskostnad på $ 365 millioner er det et enormt press for anlegget å oppdage den første gravitasjonsbølgen og dens kilde (for mer informasjon om LIGO, se “Listening” for gravitasjonsbølger for å spore opp svarte hull). Akk, etter flere års vitenskap, er ingen funnet. Er det fordi det ikke er gravitasjonsbølger der ute? Eller er LIGO rett og slett ikke følsom nok?
Det første spørsmålet blir raskt besvart av LIGO-forskere: mer tid er nødvendig for å samle en lengre periode med data (det må være mer "eksponeringstid" før gravitasjonsbølger oppdages). Det er også sterke teoretiske grunner til at gravitasjonsbølger skal eksistere. Det andre spørsmålet er noe forskere fra USA og Australia håper å forbedre; kanskje LIGO trenger et løft i følsomheten.
For å gjøre gravitasjonsbølgedetektorer mer følsomme, har Nergis Mavalvala leder av denne nye forskningen og MIT-fysikeren fokusert på de aller minste for å oppdage de aller store. For å forstå hva forskerne håper å oppnå, trengs et veldig kort krasjkurs i kvante ”fuzziness”.
Detektorer som LIGO er avhengige av svært nøyaktig laserteknologi for å måle forstyrrelser i romtid. Når gravitasjonsbølger beveger seg gjennom universet, forårsaker de ørsmå endringer i avstanden mellom to posisjoner i rommet (verdensrommet blir “forvrengt” av disse bølgene). Selv om LIGO har muligheten til å oppdage en forstyrrelse på mindre enn en tusendel av bredden på et proton, vil det være flott om enda mer følsomhet oppnås. Selv om lasere i seg selv er nøyaktige og veldig følsomme, er laserfotoner fremdeles styrt av kvantedynamikk. Når laserfotonene interagerer med interferometeret, er det en grad av kvantefusthet, noe som betyr at fotonet ikke er et skarpt pinnepunkt, men litt uskarpt av kvantestøy. I et forsøk på å redusere denne støyen har Mavalvala og hennes team kunnet “presse” laserfotoner.
Laserfotoner har to mengder: fase og amplitude. Fase beskriver fotonens plassering i tid og amplitude beskriver antall fotoner i laserstrålen. I denne kvanteverdenen, hvis laseramplitude reduseres (fjerner noe av støyen); kvanteusikkerheter i laserfase vil øke (legge til noe støy). Det er denne avveiningen som denne nye klemteknikken bygger på. Det som er viktig er nøyaktighet i måling av amplitude, ikke fasen, når du prøver å oppdage en gravitasjonsbølge med lasere.
Man håper at denne nye teknikken kan brukes på LIGO-anlegget med flere millioner dollar, og muligens øke LIGOs følsomhet med 44%.
“Betydningen av dette arbeidet er at det tvang oss til å konfrontere og løse noen av de praktiske utfordringene med presset statsinjeksjon - og det er mange. Vi er nå mye bedre posisjonert til å implementere klemming i kilometerskala-detektorene, og fange den unnvikende gravitasjonsbølgen.” - Nergis Mavalvala.
Kilde: Physorg.com
