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2017-07-18 09:14:49 根源: 中国科技网-科技日报 作者: 聂翠蓉

探测引力波:灵敏度下了,质疑才气少——新技术低落量子乐音或让LIGO事情本领倍增

 辨别位于美国南海岸利文斯顿(左)和西北海岸汉福德(左)的LIGO干涉仪。 

 干涉仪管臂两头安装多面镜子,当一束激光颠末干涉仪时会分红两束,沿两个管臂行进。当有引力波出现时,此中一个管臂会伸长,另一个会被紧缩,使两束激光因为行进间隔差别,再次相遇时变得不同步。

图片来自网络

本日视点

本报记者 聂翠蓉

激光干涉仪引力波观察台(LIGO)颁布发表第三次探测到引力波不外一月不足,克日美国《连线》杂志报导称,几位自力物理学家对2016年2月LIGO第一次探测到的引力波相干数据提出了质疑。丹麦物理学家安德鲁·杰克逊和其他4人联名给《量子杂志》写信暗示,他们对那时的引力波观察数据举行具体阐发后发明了没法表明的联系关系乐音,那意味着,那时探测到的大概底子不是真正的引力波旌旗灯号,而是声音年夜一点的乐音。

固然有LIGO科学互助会成员公然驳倒了质疑,以为乐音结论大概是代码毛病而至,但果激光干涉仪激光会发生量子效应,量子乐音会对引力波探测灵敏度形成严峻滋扰。是以,只要不断提高灵敏度,这些质疑才会鸣金收兵。

为了低落量子乐音,LIGO项目组正在德国GEO600探测仪不竭测试其新技术,操纵光电子学范畴的停顿对激光举行紧缩,将LIGO探测器的灵敏度进步了50%。而一些量子物理学家们固然没有到场引力波探测,但为进步引力波探测的灵敏度不竭提出立异性理念,便正在本周,《天然》杂志登载了丹麦科学家们提出的一种全新技能,理论上能将引力波探测器的灵敏度进步一倍。

量子乐音带来的“懊恼”

LIGO的两个干涉仪辨别位于美国南海岸利文斯顿和西北海岸的汉福德,每一个干涉仪皆由彼此垂直成L形的两个4千米少真空钢管臂构成,每一个管臂两头皆安装良多加工精密的镜子。当一束激光颠末干涉仪时,激光束会分红两束辨别沿着两个管臂行进。

当有引力波出现时,此中一个管臂会伸长,而另一个管臂会被紧缩,使得两束激光沿着两个管臂行进的间隔差别,当再次相遇时就会变得不同步。操纵这个道理,LIGO的灵敏度足以探测到只要质子直径万分之一(即10-19米)的方针挪动间隔。是以,即便引力波旌旗灯号极端薄弱,LIGO干涉仪也能将其捕获。

果灵敏度极高,LIGO干涉仪很容易遭到来自布景乐音的滋扰。对远处卡车隆隆声和温差颠簸等的滋扰,科学家们曾经有了应对之策,但激光器所发生的激光光束的量子力学颠簸乐音,常常会将薄弱的引力波旌旗灯号沉没。达到LIGO探测器的激光束内的光子数目不确定性,给挪动间隔的丈量也带来不确定性;不晓得详细数目的光子,经过撞击LIGO镜面时施加的动量冲力,也形成了镜里挪动,进一步增添了丈量成果的不确定性。

紧缩激光“按捺”滋扰

为办理激光量子乐音滋扰,LIGO实验组取德国GEO600引力波探测仪项目组合做,接纳紧缩光技能去弱化量子乐音。此刻这些紧缩光技能曾经正在GEO600干涉仪中正式利用,并正在LIGO干涉仪举行了开端试用。其道理就是操纵量子力学定律中的缝隙,经过增添光的一种特点颠簸去淘汰光的另一种特点颠簸。

GEO600灵敏度固然不及LIGO,但LIGO所用的多项核心技术都是GEO600团队的科学家提出假想并正在GEO600完成测试的。GEO600项目科学家提出,经过紧缩光技能淘汰激光位移的不确定性,可进步下频次波段的引力波探测的精度,而经过紧缩光技能淘汰激光动量的颠簸,可进步探测低频波段引力波的灵敏度。

但今朝的紧缩光技能,要末只能淘汰激光位移颠簸,要末只能淘汰激光动量颠簸,不克不及同时低落两种量子乐音效应。LIGO但愿正在5年内,利用一种名叫“过滤空腔”的技能,实现对两种激光量子乐音的同步紧缩,以改良LIGO对引力波齐波段探测的灵敏度。

新技术是个“潜力股”

《天然》杂志登载的最新功效是由丹麦哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所物理学家尤金·波兹克领导其团队完成。他们让激光正在撞击方针之前,先经过气态金属铯原子云,背激光施加一个反方背的动力,将激光的动量颠簸完整“抵消”,从而将量子效应带来的不确定性低落了34%。

波兹克团队曾经开端取莫斯科大学和俄罗斯量子中间展开互助,进一步对那一技能举行改良。马克斯·普朗克引力波物理学研究所和LIGO等机构的研究人员也正在取波兹克团队参议互助事件。

固然那一新技能借出正在引力波探测中举行考证,但LIGO项目构成员、美国麻省理工学院(MIT)物理学家纳吉斯·马瓦瓦那以为,开端统计成果表现,该技能很是具有潜力。波兹克暗示,再颠末5到10年的成长,该技能或能将引力波探测仪的灵敏度进步一倍。

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责任编辑: 左瑾
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