Dado que el hallazgo histórico de ondas gravitacionales de dos agujeros negros que colisionaron a más de mil millones de años luz de distancia se realizó en 2015, los físicos están avanzando en el conocimiento sobre los límites en la precisión de las mediciones que ayudarán a mejorar la próxima generación de herramientas y tecnología utilizadapor científicos de ondas gravitacionales.
El profesor asociado del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad Estatal de Louisiana, Thomas Corbitt, y su equipo de investigadores ahora presentan la primera medición de banda ancha, fuera de resonancia, del ruido de la presión de radiación cuántica en la banda de audio, en frecuencias relevantes para los detectores de ondas gravitacionales, como se informó hoyen la revista científica Naturaleza .
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, o NSF, y los resultados apuntan a métodos para mejorar la sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales mediante el desarrollo de técnicas para mitigar la imprecisión en las mediciones llamadas "acciones de retroceso", lo que aumenta las posibilidades dedetectar ondas gravitacionales
Corbitt e investigadores han desarrollado dispositivos físicos que permiten observar y escuchar los efectos cuánticos a temperatura ambiente. A menudo es más fácil medir los efectos cuánticos a temperaturas muy frías, mientras que este enfoque los acerca a la experiencia humana.Ubicados en modelos en miniatura de detectores como LIGO, o el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, ubicado en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington, estos dispositivos consisten en micro-resonadores monocristalinos de baja pérdida, cada uno un pequeñoalmohadilla de espejo del tamaño de un pinchazo, suspendido de un voladizo. Un rayo láser se dirige a uno de estos espejos, y cuando se refleja el haz, la presión de radiación fluctuante es suficiente para doblar la estructura en voladizo, haciendo que la almohadilla del espejo vibre., que crea ruido.
Los interferómetros de ondas gravitacionales usan la mayor potencia de láser posible para minimizar la incertidumbre causada por la medición de fotones discretos y maximizar la relación señal-ruido. Estos haces de mayor potencia aumentan la precisión de la posición pero también aumentan la acción de retroceso, lo quees la incertidumbre en el número de fotones que se refleja desde un espejo que corresponde a una fuerza fluctuante debido a la presión de radiación en el espejo, que causa movimiento mecánico. Otros tipos de ruido, como el ruido térmico, generalmente dominan sobre el ruido de presión de radiación cuántica, pero Corbitty su equipo, incluidos los colaboradores del MIT, los han seleccionado. LIGO avanzado y otros interferómetros de segunda y tercera generación estarán limitados por el ruido de la presión de radiación cuántica a bajas frecuencias cuando se ejecutan a su máxima potencia láser. Papel de Corbitt Naturaleza ofrece pistas sobre cómo los investigadores pueden solucionar esto al medir ondas gravitacionales.
"Dado el imperativo para detectores de ondas gravitacionales más sensibles, es importante estudiar los efectos del ruido de presión de radiación cuántica en un sistema similar a Advanced LIGO, que estará limitado por el ruido de presión de radiación cuántica en un amplio rango de frecuencias lejos dela frecuencia de resonancia mecánica de la suspensión de masa de prueba ", dijo Corbitt.
ex asesor académico de Corbitt y autor principal de la Naturaleza el trabajo, Jonathan Cripe, se graduó de LSU con un doctorado en física el año pasado y ahora es investigador postdoctoral en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología :
"Día a día en LSU, cuando estaba haciendo el trabajo de fondo para diseñar este experimento y los micro-espejos y colocando toda la óptica sobre la mesa, realmente no pensé en el impacto de los resultados futuros", Dijo Cripe." Me concentré en cada paso individual y tomé las cosas un día a la vez. [Pero] ahora que hemos completado el experimento, es realmente sorprendente dar un paso atrás y pensar en el hecho de que la mecánica cuántica -algo que parece de otro mundo y alejado de la experiencia humana diaria: es el principal impulsor del movimiento de un espejo que es visible para el ojo humano. El vacío cuántico o "nada" puede tener un efecto en algo que se puede ver."
Pedro Marronetti, físico y director del programa NSF, señala que puede ser complicado probar nuevas ideas para mejorar los detectores de ondas gravitacionales, especialmente cuando se reduce el ruido que solo se puede medir en un interferómetro a escala completa :
"Este avance abre nuevas oportunidades para probar la reducción de ruido", dijo. La relativa simplicidad del enfoque lo hace accesible por una amplia gama de grupos de investigación, lo que podría aumentar la participación de la comunidad científica más amplia en la astrofísica de ondas gravitacionales ".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Louisiana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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