Ученые, работающие в проекте GEO600, сообщили о создании прибора, способного подавлять квантовые шумовые эффекты лучше, чем любой другой детектор гравитационных волн. По мнению авторов, это может стать важным вкладом в разработку детекторов третьего поколения. Описание разработки опубликовано в журнале Physical Review Letters.
GEO600 — детектор гравитационных волн, расположенный в Германии. Его лазерный интерферометр один из самых чувствительных в мире, но работающие на установке исследователи сталкиваются с проблемой слишком сильных квантовых шумов, которые не позволяют надежно регистрировать гравитационные волны.
Гравитационные волны вызывают крошечные изменения длины в километровых детекторах международной сети, в которую входят детекторы GEO600, KAGRA, LIGO и Virgo. Инструменты этих детекторов, использующие лазерный свет для обнаружения этих эффектов, настолько чувствительны, что ограничены только пределом квантовой механики, проявляющимся в виде квантового шума, который невозможно полностью устранить и который перекрывается с сигналами гравитационных волн. Но можно изменить свойства этого шума, используя процесс, называемый сжатием, так, чтобы он не сильно мешал измерениям.
Немецкие ученые из Института гравитационной физики Макса Планка и Института гравитационной физики Университета Лейбница в Ганновере вместе с британскими партнерами из Кардиффского университета и Университета Глазго, работающие в проекте GEO600, снизили квантово-механический шум почти в два раза и достигли самого сильного сжатия, которое когда-либо наблюдалось в детекторе гравитационных волн — 6 децибел.
"Мы сосредоточились на оптимизации и описании источника сжатого света и его интерфейса с детектором. По сравнению с детектором без сжатия наблюдаемый объем Вселенной теперь увеличился в восемь раз на высоких частотах. Это может помочь улучшить наше понимание нейтронных звезд", — приводятся в пресс-релизе Института гравитационной физики Макса Планка слова первого автора статьи доктора Джеймса Лоха (James Lough).
Авторы достигли нового рекорда с помощью недавно разработанных и изготовленных на заказ оптических компонентов, а также путем оптимизации оптической настройки источника сжатого света и того, как его выходной сигнал поступает в детектор.
"Немецко-британские члены команды GEO600 являются первопроходцами в области сжатого света. Мы регулярно используем сжатый свет с 2010 года и были единственными, кто делал это до апреля 2019 года", — объясняет еще один автор исследования Кристоф Аффельдт (Christoph Affeldt), менеджер по эксплуатации GEO600.
Хотя сжатие потенциально может значительно увеличить чувствительность GEO600, но из-за того, что сжатый свет очень хрупкий, даже самые незначительные потери на пути к детектору могут ухудшить его. Поэтому сейчас исследователи намерены сосредоточить свои усилия на достижении более высокой плотности света и интеграции нового прибора-"сжимателя" в сам детектор. По мнению авторов, это может еще повысить чувствительность.
"Мы уверены, что на GEO600 мы сможем достичь уровня сжатия 10 децибел, необходимого для будущих детекторов гравитационных волн", — говорит руководитель исследования профессор Карстен Данцманн (Karsten Danzmann), директор Института гравитационной физики при университете Лейбница в Ганновере.
В настоящее время в мире разрабатываются два детектора гравитационных волн третьего поколения: европейский телескоп Эйнштейна и американский Cosmic Explorer.
По информации https://ria.ru/20210128/detektor-1594937491.html
Обозрение "Terra & Comp".
