Η αναζήτηση συνεχίζεται για να ανιχνευθούν τα πρώτα στοιχεία βαρυτικών κυμάτων που ταξιδεύουν γύρω από τον Κόσμο. Εάν ένα βαρυτικό κύμα περάσει από τον όγκο του χωροχρόνου που περιβάλλει τη Γη, θεωρητικά η ακτίνα λέιζερ θα ανιχνεύσει μια μικρή αλλαγή καθώς το κύμα που περνά μεταβάλλει ελαφρώς την απόσταση μεταξύ των καθρεπτών. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η μικρή αλλαγή θα είναι μικρή. τόσο μικρό στην πραγματικότητα που το LIGO έχει σχεδιαστεί για να ανιχνεύει μια διακύμανση απόστασης μικρότερη από το ένα χιλιοστό του πλάτους ενός πρωτόνιο. Αυτό είναι εντυπωσιακό, αλλά θα μπορούσε να είναι καλύτερο. Τώρα οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έχουν βρει έναν τρόπο αύξησης της ευαισθησίας του LIGO. χρησιμοποιήστε τις περίεργες κβαντικές ιδιότητες του φωτονίου για να «πιέσετε» τη δέσμη λέιζερ, ώστε να επιτευχθεί αύξηση της ευαισθησίας…
Το LIGO σχεδιάστηκε από συνεργάτες από το MIT και το Caltech για να αναζητήσουν παρατηρητικά στοιχεία για θεωρητικά βαρυτικά κύματα. Τα βαρυτικά κύματα πιστεύεται ότι διαδίδονται σε όλο το Σύμπαν, καθώς τα τεράστια αντικείμενα διαταράσσουν τον χωροχρόνο. Για παράδειγμα, εάν δύο μαύρες τρύπες συγκρούστηκαν και συγχωνεύτηκαν (ή συγκρούστηκαν και ξέσπασαν η μία από την άλλη), η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν προβλέπει ότι μια κυματισμός θα σταλεί σε ολόκληρο τον ιστό του χωροχρόνου. Για να αποδειχθεί η ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων, χρειάζεται να κατασκευαστεί ένας εντελώς διαφορετικός τύπος παρατηρητηρίου, όχι για την παρακολούθηση ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών από την πηγή, αλλά για την ανίχνευση της διέλευσης αυτών των διαταραχών που ταξιδεύουν μέσω του πλανήτη μας. Το LIGO είναι μια προσπάθεια μέτρησης αυτών των κυμάτων και με ένα τεράστιο κόστος ρύθμισης 365 εκατομμυρίων δολαρίων, υπάρχει τεράστια πίεση για την εγκατάσταση να ανακαλύψει το πρώτο βαρυτικό κύμα και την πηγή του (για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το LIGO, δείτε «Ακρόαση» για τα βαρυτικά κύματα για τον εντοπισμό μαύρων οπών). Δυστυχώς, μετά από αρκετά χρόνια επιστήμης, κανένα δεν έχει βρεθεί. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν υπάρχουν κύματα βαρύτητας εκεί έξω; Ή μήπως το LIGO δεν είναι αρκετά ευαίσθητο;
Η πρώτη ερώτηση απαντά γρήγορα από τους επιστήμονες της LIGO: απαιτείται περισσότερος χρόνος για τη συλλογή μεγαλύτερης περιόδου δεδομένων (πρέπει να υπάρχει περισσότερος «χρόνος έκθεσης» πριν εντοπιστούν τα κύματα βαρύτητας). Υπάρχουν επίσης ισχυροί θεωρητικοί λόγοι για τους οποίους πρέπει να υπάρχουν κύματα βαρύτητας. Το δεύτερο ερώτημα είναι κάτι που οι επιστήμονες από τις ΗΠΑ και την Αυστραλία ελπίζουν να βελτιωθούν. ίσως το LIGO χρειάζεται μια αύξηση της ευαισθησίας.
Για να καταστήσει τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων πιο ευαίσθητους, ο Nergis Mavalvala ηγέτης αυτής της νέας έρευνας και φυσικός του MIT, έχει επικεντρωθεί στο πολύ μικρό για να βοηθήσει στον εντοπισμό των πολύ μεγάλων. Για να καταλάβουμε τι ελπίζουν να επιτύχουν οι ερευνητές, απαιτείται μια πολύ σύντομη πορεία συντριβής στην κβαντική «ασαφή».
Οι ανιχνευτές όπως το LIGO εξαρτώνται από την εξαιρετικά ακριβή τεχνολογία λέιζερ για τη μέτρηση των διαταραχών στο διάστημα. Καθώς τα βαρυτικά κύματα ταξιδεύουν μέσω του Σύμπαντος, προκαλούν μικρές αλλαγές στην απόσταση μεταξύ δύο θέσεων στο διάστημα (ο χώρος ουσιαστικά «παραμορφώνεται» από αυτά τα κύματα). Αν και το LIGO έχει την ικανότητα να ανιχνεύει διαταραχή μικρότερο από το ένα χιλιοστό του πλάτους ενός πρωτονίου, θα ήταν υπέροχο αν αποκτήθηκε ακόμη περισσότερη ευαισθησία. Αν και τα λέιζερ είναι εγγενώς ακριβή και πολύ ευαίσθητα, τα φωτόνια λέιζερ εξακολουθούν να διέπονται από την κβαντική δυναμική. Καθώς τα φωτόνια λέιζερ αλληλεπιδρούν με το ιντερφερόμετρο, υπάρχει ένας βαθμός κβαντικής θολότητας που σημαίνει ότι το φωτόνιο δεν είναι αιχμηρό σημείο ακμής, αλλά ελαφρώς θολωμένο από τον κβαντικό θόρυβο. Σε μια προσπάθεια μείωσης αυτού του θορύβου, η Mavalvala και η ομάδα της κατάφεραν να «συμπιέσουν» τα φωτόνια λέιζερ.
Τα φωτόνια λέιζερ έχουν δύο ποσότητες: φάση και πλάτος. Η φάση περιγράφει τη θέση των φωτονίων στο χρόνο και το πλάτος περιγράφει τον αριθμό των φωτονίων στη δέσμη λέιζερ. Σε αυτόν τον κβαντικό κόσμο, εάν το πλάτος του λέιζερ είναι μειωμένο (αφαίρεση μέρους του θορύβου). Οι κβαντικές αβεβαιότητες στη φάση λέιζερ θα αυξηθούν (προσθέτοντας λίγο θόρυβο). Βασίζεται αυτή η νέα τεχνική συμπίεσης. Αυτό που είναι σημαντικό είναι η ακρίβεια στη μέτρηση του πλάτους και όχι της φάσης, όταν προσπαθείτε να ανιχνεύσετε ένα βαρυτικό κύμα με λέιζερ.
Ελπίζουμε ότι αυτή η νέα τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί στην εγκατάσταση LIGO πολλών εκατομμυρίων δολαρίων, αυξάνοντας πιθανώς την ευαισθησία της LIGO κατά 44%.
“Η σημασία αυτού του έργου είναι ότι μας ανάγκασε να αντιμετωπίσουμε και να λύσουμε μερικές από τις πρακτικές προκλήσεις της έγχυσης κατάθλιψης »και υπάρχουν πολλές. Τώρα είμαστε πολύ καλύτερα σε θέση να εφαρμόσουμε συμπίεση στους ανιχνευτές κλίμακας χιλιομέτρων και να πιάσουμε αυτό το αόριστο βαρυτικό κύμα" - Nergis Mavalvala.
Πηγή: Physorg.com
