Μια διεθνής ομάδα φυσικών δημιούργησε έναν μικρό αισθητήρα κίνησης που βασίζεται σε συμβολόμετρο που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να ενισχύσει την απόδοση των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων. Η συσκευή μεγέθους εκατοστού μπορεί να μετρήσει τη μετατόπιση των μαζών δοκιμής με ακρίβεια υποπικομέτρου σε χαμηλές συχνότητες. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι τεχνικές τους καινοτομίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες ευκαιρίες στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων – επιτρέποντας στους αστρονόμους να παρατηρούν γεγονότα που μέχρι στιγμής παρέμεναν κρυμμένα από τον θόρυβο. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε άλλους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της σεισμολογίας και της μετρολογίας.
Τα αστεροσκοπεία LIGO και Virgo είναι συμβολόμετρα μεγέθους χιλιομέτρου που ανιχνεύουν βαρυτικά κύματα παρακολουθώντας τις θέσεις μεγάλων κατόπτρων, οι οποίοι υφίστανται εξαιρετικά μικροσκοπικές μετατοπίσεις όταν ένα βαρυτικό κύμα διέρχεται από τη Γη. Μέχρι στιγμής, έχουν συλλάβει δεκάδες σήματα βαρυτικών κυμάτων – που προέρχονται σε μεγάλο βαθμό από τις συγχωνεύσεις ζευγών μαύρων τρυπών αστρικής μάζας. Με βάση αυτήν την αρχική επιτυχία, οι αστρονόμοι ελπίζουν τώρα να ανιχνεύσουν τα βαρυτικά κύματα χαμηλότερης συχνότητας που δημιουργούνται από τις συγχωνεύσεις πολύ μεγαλύτερων μαύρων οπών μέσης μάζας, που είναι εκατοντάδες ή και χιλιάδες φορές τη μάζα του Ήλιου.
Δυστυχώς, ο σεισμικός και άλλος θόρυβος εμποδίζει το LIGO και το Virgo να φτάσουν την απαιτούμενη ευαισθησία που απαιτείται για τη μέτρηση αυτών των σημάτων χαμηλής συχνότητας. Η επίδραση αυτού του θορύβου μπορεί να ελεγχθεί σε κάποιο βαθμό με την παρακολούθηση και την απόσβεση των κινήσεων που προκαλεί στους καθρέφτες και σε άλλα εξαρτήματα των παρατηρητηρίων.
Εμπορικά εξαρτήματα
Τώρα, Jiri Smetana στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ και οι συνεργάτες του έχουν χρησιμοποιήσει εμπορικά διαθέσιμα οπτικά εξαρτήματα για να δημιουργήσουν έναν ανιχνευτή μετατόπισης που λένε ότι είναι κατάλληλος για αυτά τα συστήματα καταστολής θορύβου.
Ο αισθητήρας περιλαμβάνει δύο παρεμβολόμετρα Michelson που οδηγούνται από ένα μόνο λέιζερ. Κάθε συμβολόμετρο περιλαμβάνει μια αισθητήρια κεφαλή και έναν καθρέφτη. Μία από τις κεφαλές ανίχνευσης είναι μέρος ενός βρόχου ανάδρασης που σταθεροποιεί τη συχνότητα του λέιζερ, ενισχύοντας έτσι την απόδοση του συστήματος.
Η κβαντική συμπίεση ενισχύει την απόδοση των ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων LIGO και Virgo
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική που ονομάζεται διαμόρφωση βαθιάς συχνότητας για να υπολογίσει τη μετατόπιση των κατόπτρων από τα μετρημένα κρόσσια του συμβολόμετρου. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την ανίχνευση μικροσκοπικών κινήσεων σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Πράγματι, το σύστημα είχε ευαισθησία 0.3 pm/√Hz σε συχνότητα 1 Hz και είναι 300 φορές καλύτερο από έναν τύπο αισθητήρα που χρησιμοποιείται επί του παρόντος στο LIGO.
Ο αισθητήρας έχει μέγεθος μόνο μερικά εκατοστά, γεγονός που τον καθιστά κατάλληλο για μελλοντικές αναβαθμίσεις σε υπάρχοντες ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων – αναβαθμίσεις που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν με ελάχιστη επίδραση στην υπάρχουσα υποδομή τους.
Με αυτές τις βελτιώσεις, οι ερευνητές προτείνουν ότι οι αστρονόμοι μπορεί να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν συγχωνεύσεις μεταξύ μαύρων τρυπών μέσης μάζας για πρώτη φορά. Η δυνατότητα μέτρησης σημάτων χαμηλότερης συχνότητας θα ήταν επίσης χρήσιμη για την αστρονομία πολλαπλών μηνυμάτων, επιτρέποντας την ανίχνευση σημάτων περαιτέρω πριν από τα συμβάντα συγχώνευσης. Ο αισθητήρας θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε άλλα όργανα που ανιχνεύουν μικροσκοπικές μετατοπίσεις – όπως ζυγοί στρέψης και σεισόμετρα.
Η έρευνα περιγράφεται στο Εφαρμόστηκε φυσική αναθεώρηση.
