LIGO получит квантовое обновление и будет находить гравитационный волны каждый день

Запланированное обновление усовершенствованной лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO будет использовать хитроумные квантовые методы, об этом стало на днях. Однако вот, что интересно. Модернизация ценой в 35 миллионов долларов позволит ученым ловить в среднем одну гравитационную волну каждый день. Нынешний послужной  список LIGO из 11 обнаруженных гравитационных волн может быть превзойден за одну неделю.

Начиная с 2024 года, усовершенствованный детектор, известный как Advanced LIGO Plus, попытается использовать известное квантовое правило, принцип неопределенности Гейзенберга, чтобы улучшить способность машины обнаруживать пульсации в пространстве-времени. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что невозможно точно измерить определенные свойства, такие как положение и импульс объекта, одновременно.

В LIGO это накладывается на принцип, по которому ученые отслеживают гравитационные волны. На каждом из двух детекторов обсерватории, расположенных в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон, лазерный свет отскакивает вперед и назад по двум 4-километровым рукавам в форме буквы Г. Чтобы определить, проходит ли гравитационная волна, ученые измеряют яркость света в месте встречи рукавов, и лучи рекомбинируют.

Из-за квантовой механики этот свет колеблется двумя способами: в фазе, которая означает время световой волны; и в амплитуде, которая определяет интенсивность света. Это изменение запутывает измерения LIGO, усложняя выявление тонких сигналов гравитационной волны. Поэтому  в следующем раунде работы LIGO, который начнется в апреле, ученые впервые будут использовать квантовый «сжатый» свет, в котором колебания фазы света уменьшаются. В результате LIGO будет лучше захватывать волны более высоких частот — рябь, которая будет иметь более высокую частоту, если преобразовать ее в звуковые волны.

«Это замечательно, но не без своих недостатков», говорит физик Майкл Цукер из Калтеха. Колебания мощности света увеличиваются, что затрудняет измерение низкочастотных гравитационных волн. «Вы не освобождаетесь от принципа неопределенности Гейзенберга».

Но в Advanced LIGO Plus ученые будут использовать систему, которая будет использовать лучшее от двух систем, сжимая свет в одну сторону для понижения частоты ряби, и в другую — для более высокочастотных сигналов, чтобы улучшить производительность машины в целом. Другой детектор в Индии — LIGO-India — также включится одновременно с Advanced LIGO Plus, дабы задействовать те же квантовые методы.