การเพิ่มเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงด้วยเทคนิคควอนตัม

Anonim

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Niels Bohr (NBI) จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนจะเริ่มพัฒนาอุปกรณ์ทางเทคนิคใหม่เพื่อปรับปรุงเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงอย่างมาก

เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงมีความสำคัญมากและสามารถลงทะเบียนดาวนิวตรอนที่ชนกันได้ในอวกาศ ศาสตราจารย์ Eugene Polzik กล่าวว่าอย่างไรก็ตามความพยายามที่จะเพิ่มความไวของเราในการที่จะขยายความรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาลและนักวิทยาศาสตร์ของ NBI เชื่อมั่นว่าอุปกรณ์ของพวกเขาสามารถปรับปรุงเครื่องตรวจจับได้ยูไนเต็ด Polzik กล่าวว่า "และเราควรจะสามารถแสดงหลักฐานของแนวคิดได้ภายในเวลาประมาณ สามปี "

หากนักวิทยาศาสตร์ของ NBI สามารถปรับปรุงเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงได้มากเท่าที่พวกเขาคาดหวังได้ "เครื่องตรวจจับจะสามารถตรวจสอบและดำเนินการวัดได้ในปริมาณที่มากขึ้นกว่าที่เป็นอยู่ได้ถึง 8 เท่า" Eugene Polzik อธิบาย: "นี่จะเป็นส่วนขยายที่สำคัญอย่างแท้จริง"

Polzik เป็นหัวหน้า Quantum Optics (Quantop) ที่ NBI และเขาจะเป็นหัวหอกในการพัฒนาอุปกรณ์ปรับแต่งสำหรับเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง การวิจัยซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยสหภาพยุโรปโครงการเครือข่ายยูเรก้าและมูลนิธิจอห์นเทมเปิลตันที่มีอยู่ในสหรัฐฯโดยมีเงินช่วยเหลือจำนวนทั้งสิ้น 10 ล้านโครนสวีเดนจะดำเนินการในห้องทดลองของ Eugene Polzik ที่ NBI

มีการชนกันอย่างเห็นได้ชัด

สื่อข่าวต่าง ๆ ทั่วโลกเปลี่ยนไปเป็นเรื่อง Overdrive ในเดือนตุลาคมปีพ. ศ. 2560 เมื่อได้รับการยืนยันว่านักวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติกลุ่มใหญ่ได้ตรวจวัดการปะทะกันของดาวนิวตรอนสองดวง เหตุการณ์ที่เกิดขึ้น 140 ล้านปีแสงจากโลกและส่งผลให้เกิดการก่อตัวของ kilonova

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติซึ่งรวมถึงผู้เชี่ยวชาญจาก NBI สามารถยืนยันการชนกันได้โดยการวัดคลื่นโน้มถ่วงจากคลื่นอวกาศในเนื้อผ้าของกาลอวกาศที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง คลื่นได้รับการลงทะเบียนโดยเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงสามเครื่องคือเครื่องตรวจจับ LIGO ของสหรัฐฯและเครื่องตรวจจับราศีกันย์ในอิตาลีที่อิตาลี

"เครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงเหล่านี้เป็นเครื่องวัดความไวที่สำคัญที่สุดที่มนุษย์ได้ผลิตขึ้นมา แต่เครื่องตรวจจับยังคงไม่ถูกต้องเท่าที่จะเป็นไปได้และนี่คือสิ่งที่เราตั้งใจจะปรับปรุง" ศาสตราจารย์ Eugene Polzik กล่าว

วิธีนี้สามารถทำได้คือการระบุไว้ในบทความที่ Eugene Polzik และเพื่อนร่วมงาน Farid Khalili จาก LIGO collaboration และ Moscow State University ได้ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสารวิทยาศาสตร์ Physical Physical Review Letters และนี่ไม่ใช่แค่ข้อเสนอทางทฤษฎีเท่านั้น Eugene Polzik กล่าวว่า "

การคำนวณของเราแสดงให้เห็นว่าเราควรจะสามารถปรับปรุงความแม่นยำของการตรวจวัดโดยเครื่องตรวจคลื่นโน้มถ่วงได้ด้วยปัจจัยสองส่วนและถ้าเราประสบความสำเร็จจะทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ เป็นปัจจัยหนึ่งในการวัดปริมาตรของพื้นที่ในอวกาศซึ่งเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงสามารถตรวจสอบได้ในปัจจุบัน "

เซลล์แก้วขนาดเล็ก

ในเดือนกรกฎาคมปีที่ผ่านมา Eugene Polzik และทีมงานของเขาที่ Quantop ได้ตีพิมพ์บทความที่ได้รับการยกย่องอย่างมากใน Nature และงานนี้เป็นรากฐานที่แท้จริงของความพยายามที่จะปรับปรุงเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง

บทความเกี่ยวกับธรรมชาติได้เน้นไปที่ 'Uncertainty Principle' ของ Heisenberg 'fooling' ซึ่งโดยทั่วไปบอกว่าคุณไม่สามารถทราบตำแหน่งที่แน่นอนและความเร็วที่แน่นอนของวัตถุได้

เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าการสังเกตการณ์ที่ดำเนินการโดยแสงส่องบนวัตถุอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้จะนำไปสู่วัตถุที่ "เตะ" ในทิศทางแบบสุ่มโดยโฟตอนอนุภาคของแสง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Quantum Back Action (QBA) และการเคลื่อนที่แบบสุ่มเหล่านี้ทำให้ความแม่นยำในการวัดสามารถทำได้ในระดับควอนตัม

บทความใน Nature ในฤดูร้อนของปีพ. ศ. 2560 ได้กลายเป็นหัวข้อข่าวเนื่องจาก Eugene Polzik และทีมงานของเขาสามารถแสดงให้เห็นว่าเป็นไปในทางที่เป็นไปได้มากที่จะต่อต้าน QBA

QBA เป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องตรวจคลื่นโน้มถ่วง - ที่ทำงานด้วยแสง ได้แก่ แสงเลเซอร์ - ไม่ถูกต้องเท่าที่จะเป็นไปได้ "ศาสตราจารย์ Polzik กล่าว

หากเป็นเช่นนั้นก็สามารถแก้ QBA ได้หากแสงที่ใช้ในการสังเกตวัตถุจะถูกส่งผ่านตัวกรองเป็นครั้งแรกนี่คือสิ่งที่บทความในธรรมชาติอธิบายและตัวกรองซึ่งนักวิทยาศาสตร์ของ NBI ที่ Quantop ได้พัฒนาขึ้นและ อธิบายว่าประกอบด้วยเมฆของ 100 ล้านซีเซียมอะตอมที่ถูกขังอยู่ในเซลล์แก้วที่ปิดสนิทเพียงหนึ่งเซนติเมตรยาว 1/3 ของมิลลิเมตรสูงและ 1/3 ของมิลลิเมตรกว้าง

หลักการที่อยู่เบื้องหลัง 'ตัวกรอง' นี้คือสิ่งที่ Polzik และทีมงานของเขามุ่งมั่นที่จะรวมเอาไว้ในเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วง

ในทฤษฎีหนึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของการวัดคลื่นโน้มถ่วงได้โดยการเปลี่ยนไปใช้แสงเลเซอร์ที่แรงกว่าเครื่องตรวจจับทั้งในยุโรปและสหรัฐอเมริกา อย่างไรก็ตามตามกลศาสตร์ควอนตัมที่ไม่ได้เป็นตัวเลือก Eugene Polzik กล่าวว่า:

"การเปลี่ยนไปใช้แสงเลเซอร์ที่แรงขึ้นจะทำให้ชุดของกระจกในเครื่องตรวจจับสั่นคลอนมากขึ้นเนื่องจาก Quantum Back Action จะเกิดจากโฟตอนเพิ่มเติมกระจกเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งและถ้าพวกเขาเริ่มสั่นก็จะเพิ่มความไม่ถูกต้องขึ้น"

นักวิทยาศาสตร์ของ NBI ได้วางแผนขึ้นอยู่กับตัวกรอง 'อะตอม' ที่พวกเขาได้แสดงให้เห็นในบทความ Nature: พวกเขาจะส่งแสงเลเซอร์ที่เครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงทำงานผ่านทางรุ่นที่ทำจากเซลล์ด้วย อะตอมที่ถูกล็อค "Eugene Polzik กล่าวว่า" และเราหวังว่าจะสามารถทำงานได้ "

menu
menu