Søgningen er klar til at registrere det første bevis på, at tyngdekraftsbølger rejser rundt i kosmos. Skulle en gravitationsbølge passere rumfanget af rumtid omkring Jorden, i teorien laserstrålen registrerer en lille ændring, da den forbipasserende bølge lidt ændrer afstanden mellem spejle. Det er værd at bemærke, at denne lille ændring vil være lille; faktisk så lille, at LIGO er designet til at detektere en afstandssvingning på mindre end en tusindedel af bredden af en proton. Dette er imponerende, men det kunne være bedre. Nu tror forskere, at de har fundet en måde at øge følsomheden af LIGO på; Brug fotonens underlige kvanteegenskaber til at "klemme" laserstrålen, så der kan opnås en stigning i følsomhed ...
LIGO blev designet af samarbejdspartnere fra MIT og Caltech for at søge efter observationsbevis for teoretiske gravitationsbølger. Gravitationsbølger antages at forplantes i hele universet, da massive genstande forstyrrer rum-tid. For eksempel, hvis to sorte huller kolliderede og fusionerede (eller kolliderede og sprængte væk fra hinanden), forudsiger Einsteins teori om generel relativitet, at en krusning vil blive sendt i rummet i rum-tid. For at bevise tyngdekraftsbølger der findes, var det nødvendigt at bygge en helt anden type observatorium, ikke for at observere elektromagnetiske emissioner fra kilden, men for at registrere passagen af disse forstyrrelser, der rejser gennem vores planet. LIGO er et forsøg på at måle disse bølger, og med en gigantisk opsætningsomkostning på $ 365 millioner er der et enormt pres for anlægget at opdage den første tyngdekraftbølge og dens kilde (for mere information om LIGO, se “Lytter” til tyngdekraftsbølger for at spore sorte huller). Desværre er der efter flere års videnskab ingen fundet. Er det fordi der ikke er nogen gravitationsbølger derude? Eller er LIGO simpelthen ikke følsom nok?
Det første spørgsmål besvares hurtigt af LIGO-forskere: mere tid er nødvendig for at indsamle en længere periode med data (der skal være mere ”eksponeringstid”, før gravitationsbølger registreres). Der er også stærke teoretiske grunde til, at gravitationsbølger skal eksistere. Det andet spørgsmål er noget, som forskere fra USA og Australien håber at blive bedre på; måske har LIGO brug for et løft i følsomheden.
For at gøre gravitationsbølgedetektorer mere følsomme har Nergis Mavalvala leder af denne nye forsknings- og MIT-fysiker fokuseret på de meget små til at hjælpe med at opdage de meget store. For at forstå, hvad forskerne håber at opnå, er der brug for et meget kort nedbrudskursus i kvante ”fuzziness”.
Detektorer som LIGO er afhængige af meget nøjagtig laserteknologi til at måle forstyrrelser i rumtid. Når gravitationsbølger bevæger sig gennem universet, forårsager de små ændringer i afstanden mellem to positioner i rummet (rummet bliver "forvrænget" effektivt af disse bølger). Selvom LIGO har evnen til at registrere en forstyrrelse på mindre end en tusindedel af bredden af en proton, ville det være godt, hvis der opnås endnu mere følsomhed. Selvom lasere i sig selv er nøjagtige og meget følsomme, styres laserfotoner stadig af kvantedynamik. Idet laserfotonerne interagerer med interferometeret, er der en grad af kvantefuzziness, hvilket betyder, at fotonen ikke er et skarpt pin-point, men lidt sløret af kvantestøj. I et forsøg på at reducere denne støj har Mavalvala og hendes team været i stand til at "klemme" laserfotoner.
Laserfotoner har to mængder: fase og amplitude. Fase beskriver fotonernes position i tid og amplitude beskriver antallet af fotoner i laserstrålen. I denne kvanteverden, hvis laseramplitude reduceres (fjernelse af noget af støj); kvanteusikkerheder i laserfasen vil stige (tilføje noget støj). Det er denne udveksling, som denne nye presningsteknik er baseret på. Det, der er vigtigt, er nøjagtighed i måling af amplitude, ikke fasen, når man prøver at registrere en gravitationsbølge med lasere.
Man håber, at denne nye teknik kan anvendes på LIGO-anlægget på flere millioner dollars, hvilket muligvis øger LIGO's følsomhed med 44%.
“Betydningen af dette arbejde er, at det tvang os til at konfrontere og løse nogle af de praktiske udfordringer med presset statsinjektion ”, og der er mange. Vi er nu meget bedre positioneret til at implementere presning i kilometerskala detektorer og fange den undvigende gravitationsbølge.” - Nergis Mavalvala.
Kilde: Physorg.com
