Primul detector de unde gravitaționale de pe Pământ tocmai a primit o actualizare majoră care îi va îmbunătăți dramatic capacitatea de a detecta ondulații în țesătura spațiului și timpului – ondulații cauzate de coliziuni între găurile negre sau stele neutroni și, uneori, între ambele.
Ceea ce înseamnă aceasta este că în timpul următoarei runde de Observatorul undelor gravitaționale cu interferometru cu laser (LIGO), instrumentul va putea detecta mai multe evenimente de fuziune între aceste rămășițe stelare masive care se formează atunci când sunt masive. stele Se prăbușește la sfârșitul vieții. LIGO va putea, de asemenea, să detecteze astfel de impacturi pe distanțe mai mari datorită noului upgrade de urmărire Valuri gravitationale Aceasta se extinde în spațiu-timp de miliarde de ani.
„Acum putem ajunge la un univers mai profund și se așteaptă să detectăm cu 60% mai multe fuziuni decât înainte”, a declarat Wenxuan Jia, cercetător la LIGO, pentru Space.com. „LIGO va detecta cu siguranță evenimente de fuziune binare îndepărtate. Cu zgomot scăzut și raport mare semnal-zgomot, putem constrânge parametrii obiectelor îmbinate care s-au fuzionat împreună cu miliarde de ani în urmă.”
„Actualizarea crește, de asemenea, șansele noastre de a detecta clusterul quasar găuri negre în univers. „Această ultimă actualizare experimentală va aduce beneficii detectării semnalelor astrofizice în aproape toate felurile.”
Legate de: Două găuri negre masive care fuzionează au fost observate la „amiaza cosmică” în universul timpuriu
LIGO a devenit faimos pentru prima dată în septembrie 2015, când a detectat pentru prima dată undele gravitaționale generate de fuziunea găurilor negre. Aceste ondulații au călătorit timp de aproximativ 1,4 miliarde de ani, zdrobind și comprimând spațiu-timpul pe măsură ce își făceau drum. Univers.
Dar de atunci, LIGO și partenerul său, detectorul de unde gravitaționale Virgo, au detectat semnale de la fuziunea perechilor de găuri negre, ciocnirea stelelor neutronice și fuziunile hibride dintre cele două.
Cu toate acestea, cercetătorii LIGO sunt deosebit de încântați de noua actualizare, deoarece aceasta împinge instrumentul dincolo de așa-numita „limită cuantică” – o premieră pentru un detector de unde gravitaționale.
Ce este o „limită cantitativă”?
LIGO este conceput pentru a măsura schimbarea foarte mică care poate apărea între fasciculele laser din două brațe ale detectoarelor. Jia a explicat că schimbarea are loc atunci când undele gravitaționale se unduiesc peste acele brațe.
În esență, instrumentul produce un singur laser și îl împarte în două fascicule care se deplasează separat printr-o pereche de brațe lungi de 4 kilometri. Cele două fascicule intră apoi în fază pe măsură ce călătoresc prin brațe, ceea ce înseamnă că se aliniază perfect chiar dacă sunt în locuri diferite. Apoi, când fasciculele sunt reflectate înapoi prin oglinzile încorporate ale dispozitivului, ele se combină din nou și vârfurile și jgheaburile lungimilor de undă se întâlnesc. Dar aici vine schimbarea lungimii.
„O undă gravitațională este o perturbare în spațiu-timp”, a explicat Jia. „Pe măsură ce se propagă prin detectorul LIGO, va schimba diferența de lungime dintre cele două brațe de 4 kilometri ale LIGO, ca și cum ar extinde un braț în timp ce scurtează celălalt.”
Pentru a fi clar, lungimea brațelor reale ale LIGO nu se schimbă. Lasere în interior – această modificare a lungimii forțează, de asemenea, fasciculele să devină mai largi în timpul segmentului când se combină. Cu alte cuvinte, diferența de lungime rezultată din trecerea undelor gravitaționale duce la o modificare a amplitudinii. Acest lucru face ca și puterea laserului să se schimbe.
Cu toate acestea, pentru că undele gravitaționale „scurcă și se întind” spaţiuDacă sunt spălate peste aceste lasere, lungimea brațelor se modifică cu o cantitate foarte mică, așa că este foarte dificil să le măsori folosind mecanisme standard. Dar efectul este încă vizibil datorită faptului că modificările lungimii de undă ale luminii sunt reflectate în faza luminii. Îți amintești partea despre ambele lasere care sunt aliniate în aceeași fază? Ei bine, o mică modificare a lungimii brațului înseamnă că atunci când lumina revine la detector, aceasta nu mai este în fază – vârfurile și dedesubturile lungimii de undă se anulează reciproc într-un proces numit interferență distructivă.
Dar mai este o problemă. Diferențele în lungimea acestor brațe pot deveni uneori extrem de mici – trilioane de ori mai mici decât un păr uman și situate la dimensiunile pe care le vedem în tărâmurile subatomice și cuantice.
Cu cât unda gravitațională este mai slabă, cu atât lungimea brațului se modifică mai puțin și are un efect mai mic asupra laserului. Când apare acest efect cu adevărat Mic, contrazice principiul Fizică cuantică Se numește Principiul Incertitudinii Heisenberg, care afirmă că există o limită a cât de precis poate fi măsurată o pereche de mărimi fizice înrudite numite „observabile”.
În termeni practici, aceasta înseamnă că unele unde gravitaționale rămân dincolo de capacitățile LIGO. Dar acum, se pare că există o soluție alternativă.
„Există incertitudine minimă, sau zgomot, atunci când doriți să măsurați faza unui fascicul laser timp„Lumina laser are două componente observabile, amplitudine și frecvență. Măsurăm faza sau frecvența cu LIGO, așa că nu ne pasă prea mult de amplitudine”, a spus Jia.
Jia a adăugat că principiul incertitudinii lui Heisenberg permite de fapt un compromis. Echipa reduce incertitudinea într-un lucru observabil pe care îl doresc – frecvența – în detrimentul creșterii incertitudinii în alt lucru pe care nu-l doresc – amplitudinea.
„Putem reduce incertitudinea de frecvență prin „strângerea” luminii. Această idee inteligentă ne permite să depășim limita inferioară de incertitudine, sau limita cuantică, a detectorului LIGO”, a adăugat Jia.
„De când eram un tânăr absolvent, auzisem de genul acesta de idei, dar timp de 20 de ani, nu m-am gândit prea mult la asta. Mi s-a părut foarte ‘science fiction’, pentru că la școală, înveți că există” Limita de incertitudine Heisenberg este că poți măsura lucrurile atât de bine înainte de a ajunge la această limită”, a declarat Caltech pentru Space.com. „Dacă încerci să măsori lucrurile prea precis, perturbi lucrurile. Cu această nouă actualizare, putem măsura practic cât de puternic ne dorim. „Putem pune puterea laserului complet în sistem”.
Adhikari a adăugat că visul său este să actualizeze LIGO până în punctul în care să poată detecta unde gravitaționale cu sensibilități incredibil de scăzute și, făcând acest lucru, să acceseze găuri negre și mai mari care ar fi putut exista în universul timpuriu. Cercetătorul de la Caltech crede, de asemenea, că LIGO ar putea fi împins și mai departe în ceea ce privește sensibilitatea.
„Totul depinde într-adevăr de calitatea materialelor pe care le folosiți. Puteți realiza materiale cu oglindă cu adevărat pure, iar apoi nu există aproape nicio limită pentru cât de precis puteți măsura lucrurile și împinge aceeași tehnică, doar faceți-o din ce în ce mai bine de-a lungul anilor. „, a explicat Adhikari. „La acel moment, „Acolo unde sensibilitatea este crescută cu un factor de 10, în modul în care funcționează LIGO, veți putea vedea găurile negre fuzionarea foarte, foarte devreme în univers, când se formau primele galaxii. .”
Această realizare nu este doar o mare problemă pentru LIGO și detectarea undelor gravitaționale; De asemenea, le spune fizicienilor că, dacă sunteți dispus să faceți o înțelegere, este posibil să depășiți limita cuantică fără a încălca principiul incertitudinii.
„Este un eveniment foarte interesant pentru mine și pentru întreaga echipă LIGO. S-a făcut un efort extraordinar pentru a atinge această realizare de-a lungul multor ani”, a adăugat Jia. „A fost suprarealist să văd că întregul sistem funcționează la început după ce am pus împreună toate subsistemele pe care multe alte echipe le implementaseră. Succesul compresiei bazate pe frecvență nu ar fi posibil fără o echipă și o colaborare atât de mare.”
Cercetarea echipei a fost publicată în septembrie în jurnal Revizuire fizică
„Student. Organizator subtil fermecător. Susținător al muzicii certificat. Scriitor. Făcător de-a lungul vieții. Iubitor de Twitter.”
More Stories
Nintendo nu poate repara Noul tău 3DS deoarece are piese fără piese
Yamaha MT-09 SP este bicicleta perfectă pentru cicliștii solitar
Google Pixel 9 bate peste greutatea sa – channelnews