הגדלת גלאי גל כבידה עם טריקים קוונטיים

Anonim

קבוצה של מדענים ממכון נילס בוהר (NBI) באוניברסיטת קופנהגן תתחיל בקרוב לפתח קו חדש של ציוד טכני כדי לשפר באופן דרמטי את גלאי גל כבידה.

גלאי גלים כבדים רגישים מאוד, וניתן למשל להתרסק כוכבי נויטרונים בחלל. עם זאת, גם רגישות גבוהה יותר מבוקשת על מנת להרחיב את הידע שלנו על היקום, ואת המדענים NBI משוכנעים כי הציוד שלהם יכול לשפר את הגלאים, אומר פרופ 'יוג'ין Polzik: "ואנחנו צריכים להיות מסוגלים להוכיח הוכחה של מושג בתוך כ שלוש שנים."

אם המדענים של NBI יוכלו לשפר את גלאי גל הכבידה ככל שהם "מצפים באופן מציאותי שניתן לעשות זאת", הגלאים יוכלו לפקח ולבצע מדידות בנפח גדול פי שמונה ממה שהיה כיום, מסביר יוג'ין פולצ'יק: "זה יביא להארכה משמעותית באמת".

Polzik הוא ראש אופטיקה קוונטית (Quantop) ב NBI והוא יוביל את הפיתוח של ציוד חייט עבור גלאי גל כבידה. המחקר - הנתמך על ידי האיחוד האירופי, Eureka Network Projects וקרן ג'ון טמפלטון האמריקנית, עם מענקים בהיקף של 10 מיליון דולר קנדי ​​- יבוצעו במעבדה של Eugene Polzik ב- NBI.

התנגשות היטב לב

כלי התקשורת החדשותיים בכל רחבי העולם נעו לתוך overdrive באוקטובר 2017, כאשר הוא אישר כי צוות בינלאומי גדול של מדענים אכן למדוד את ההתנגשות של שני כוכבי נויטרונים; אירוע שהתקיים 140 מיליון שנות אור מכדור הארץ והוביל להיווצרות של kilonova.

הצוות הבינלאומי של מדענים - שכלל גם מומחים מ- NBI - היה מסוגל לאשר את ההתנגשות על ידי מדידת גלי כבידה מגלי חלל במרקם הזמן במרחב עצמו, נע במהירות האור. הגלים נרשמו על ידי שלושה גלאי גל כבידה: שני גלאי LIGO מבוססי ארה"ב וגלאי בתולה אירופיים באיטליה.

"גלאי גל כבידה אלה מייצגים עד כה את ציוד המדידה הרגיש ביותר שעדיין יצר האדם - עדיין הגלאים אינם מדויקים ככל שניתן, וזה מה שאנחנו מתכוונים לשפר", אומר פרופ 'יוג'ין פולזיק.

כיצד ניתן לעשות זאת מתואר במאמר שפרסם יוג'ין פולזיק ועמיתו, פריד חלילי משיתוף הפעולה של ליגו ומאוניברסיטת מוסקבה, שפורסמו לאחרונה בכתב העת המדעי Physical Review Letters. וזה לא רק הצעה תיאורטית, אומר יוג'ין Polzik:

"אנחנו משוכנעים כי זה יעבוד כמתוכנן, החישובים שלנו מראים שעלינו לשפר את הדיוק של מדידות שבוצעו על ידי גלאי גל כבידה על ידי גורם של 2. ואם נצליח, זה יגרום לעלייה גורם של שמונה נפח בחלל שבו גלאי גל כבידה מסוגלים לבחון כרגע. "

תא זכוכית קטן

בחודש יולי בשנה שעברה פרסם יוג'ין פולזיק וצוותו בקואנטופ מאמר מאוד בולט בטבע - ועבודה זו היא למעשה הבסיס לניסיון הקרוב שלהם לשפר את גלאי גל הכבידה.

הכתבה בטבע התמקדה ב"עיקרון האי-ודאות" של הייזנברג, שבסופו של דבר אומר שאי אפשר לדעת בו-זמנית את המיקום המדויק ואת המהירות המדויקת של אובייקט.

זה קשור לעובדה שתצפיות שנעשו על ידי אור בוהק על אובייקט יובילו בהכרח לאובייקט "בעט" בכיוונים אקראיים של פוטונים, חלקיקי אור. תופעה זו ידועה בשם Quantum Back Action (QBA) ותנועות אקראיות אלה מציבות גבול לדיוק שבו ניתן לבצע מדידות ברמה הקוונטית.

הכתבה בטבע בקיץ 2017 זכתה לכותרות משום שיוג'ין פולזיק וצוותו הצליחו להראות כי במידה רבה - למעשה ניתן לנטרל את QBA.

ו QBA היא הסיבה מאוד מדוע גלאי גל כבידה - כי גם לפעול עם אור, כלומר אור לייזר - אינם מדויקים כפי שהם יכולים להיות ", כמו פרופ 'פולזיק אומר.

במילים פשוטות, ניתן לנטרל את QBA אם האור המשמש להתבוננות באובייקט נשלח תחילה דרך "מסנן". זה מה שהכתבה ב'טבע 'תיארה - וה'מסנן' שפותח על ידי מדעני NBI ב- Quantop, תיאר המורכב מענן של 100 מיליון אטומי צסיום נעולים בתא זכוכית סגורה הרמטית באורך של סנטימטר אחד, 1/3 מילימטר וגובה של 1/3 מילימטר.

העיקרון מאחורי "מסנן" זה בדיוק מה פוליק וצוותו שואפים לשלב גלאי גל כבידה.

בתיאוריה ניתן לייעל את המדידות של גלים כבידה על ידי מעבר אור לייזר חזק יותר מאשר גלאים הן באירופה והן בארה"ב פועלים עם. עם זאת, על פי מכניקת הקוונטים, זה לא אופציה, אומר יוג'ין Polzik:

"מעבר לאור לייזר חזק יותר יעשה רק סדרה של מראות בגלאים שיזעקו יותר כי פעולה קוונטית חזרה תיגרם על ידי פוטונים נוספים, המראות האלה חיוניים לחלוטין, ואם הם יתחילו לרעוד, זה אכן יגביר את הדיוק".

במקום זאת, מדעני NBI הגיעו עם תוכנית המבוססת על "מסנן" אטומי אשר הם הפגינו במאמר Nature: הם ישלחו את אור הלייזר שבו גלאי גל כבידה לפעול דרך גרסה מותאמת של התא עם אטומים נעולים, אומר יוג'ין פולזיק: "ואנו מקווים שזה יעשה את העבודה".

menu
menu