Gli scienziati del più grande osservatorio di onde gravitazionali del mondo sono riusciti a comprimere la luce oltre un limite quantico chiave.
La nuova tecnica, chiamata compressione dipendente dalla frequenza, aumenterà il numero di minuscole increspature nello spazio-tempo che possono essere rilevate da… Osservatorio delle onde gravitazionali dell’interferometro laser (LIGO)Ciò aumenta il numero di collisioni di stelle di neutroni e di buchi neri che il rilevatore può rilevare.
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“Ora che abbiamo superato questo limite quantistico, possiamo fare molta più astronomia”, ha detto il co-autore principale Lee McCullerassistente professore di fisica al California Institute of Technology, Lo ha detto in un comunicatoLe onde gravitazionali si increspano quando oggetti dotati di massa si muovono nello spazio. Oggetti più grandi – come stelle di neutroni o… buchi neri -Produrre onde gravitazionali più pronunciate. Scienziati Queste increspature spazio-temporali sono state scoperte per la prima volta nel 2015 Sono costantemente migliorati nel rilevare le onde che si infrangono sulle nostre coste cosmiche.
Il rilevatore LIGO rileva queste increspature cosmiche dal modo in cui distorcono lo spaziotempo mentre lo attraversano. L’esperimento consiste in due rilevatori incrociati a forma di L, ciascuno con due bracci lunghi 4 km e due raggi laser identici al loro interno. L’esperimento è progettato in modo tale che se un’onda gravitazionale attraversa la Terra, la luce laser in un braccio comprimerà la parte del rilevatore mentre la parte si espande, l’altro, il che si traduce in una piccola modifica nelle lunghezze del percorso relativo dei raggi che arrivano al rilevatore.
Ma poiché queste distorsioni sono così piccole – spesso delle dimensioni di pochi millesimi di protone o neutrone – i rilevatori di LIGO devono essere incredibilmente sensibili. Sono così sensibili, infatti, che le loro misurazioni più precise sono distorte dal rumore causato dagli effetti quantistici o dalle interazioni spontanee delle particelle subatomiche.
Il rumore ad alta frequenza proviene da piccole particelle che entrano ed escono casualmente dall’esistenza. Il rumore a bassa frequenza proviene dal rombo delle particelle di luce riflessa che fa oscillare gli specchi. Entrambe le fonti limitano il numero e i tipi di onde gravitazionali che LIGO può rilevare.
Per superare questi vincoli quantistici, i fisici si sono rivolti a un altro principio della fisica: il principio di indeterminazione di Heisenberg, che afferma che possiamo conoscere simultaneamente solo coppie specifiche di proprietà fisiche di una particella a uno specifico livello di certezza.
Ciò significa che esiste un compromesso tra la capacità degli scienziati di misurare sia l’ampiezza (o la forza) che la frequenza della luce all’interno di LIGO, ma significa anche che entrambe le proprietà possono essere amplificate a scapito dell’altra. Usando cristalli che dividono i singoli fotoni, o fasci di luce, in due fotoni intrecciati, i fisici hanno sintonizzato la luce in modo che l’incertezza oltre la sua ampiezza o frequenza possa essere “spremuta” come desiderato.
La pressione dipendente dalla frequenza è un po’ come la pressione su un palloncino, dicono i ricercatori. Proprio come comprimere un palloncino a un’estremità aiuta l’altra estremità a diventare più grande, comprimere una proprietà della luce per riconoscerla con maggiore certezza trasferisce l’incertezza generale all’altra estremità. Ciò significa che alle basse frequenze l’ampiezza compressa riduce il rumore causato dal rumore dello specchio, ma alle alte frequenze la fase compressa rende il segnale più forte del rumore causato dalle perturbazioni quantistiche.
“È vero che stiamo facendo questa cosa quantistica davvero interessante, ma la vera ragione è che è il modo più semplice per migliorare la sensibilità di LIGO”, ha detto il co-autore principale. Dhruva Ganapathiha detto nella dichiarazione uno studente laureato del MIT. “Altrimenti dovremmo ingrandire il laser, che presenta i suoi problemi, oppure dovremmo aumentare drasticamente le dimensioni dello specchio, il che sarebbe costoso”.
I risultati sono stati pubblicati il 6 settembre sulla rivista Revisione fisica.
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