국제 물리학자 팀이 중력파 감지기의 성능을 높이는 데 사용할 수 있는 작은 간섭계 기반 동작 센서를 만들었습니다. 센티미터 크기의 장치는 저주파에서 서브 피코미터 정밀도로 테스트 질량의 변위를 측정할 수 있습니다. 연구원들은 그들의 기술 혁신이 중력파 탐지의 새로운 기회로 이어질 수 있다고 믿습니다. 천문학자들은 지금까지 소음으로 인해 가려진 사건을 관찰할 수 있습니다. 지진학 및 계측을 포함한 다른 분야에서도 사용될 수 있습니다.
LIGO와 Virgo 관측소는 중력파가 지구를 통과할 때 매우 작은 변위를 겪는 대형 거울의 위치를 모니터링하여 중력파를 감지하는 킬로미터 크기의 간섭계입니다. 지금까지 그들은 수십 개의 중력파 신호를 포착했습니다. 주로 항성 질량 블랙홀 쌍의 병합에서 비롯됩니다. 이 초기 성공을 바탕으로 천문학자들은 이제 태양 질량의 수백 또는 수천 배에 달하는 훨씬 더 큰 중간 질량 블랙홀의 병합에 의해 생성된 저주파 중력파를 감지하기를 희망하고 있습니다.
불행하게도 현재 지진 및 기타 잡음으로 인해 LIGO 및 Virgo가 이러한 저주파 신호를 측정하는 데 필요한 감도에 도달하지 못합니다. 이 소음의 영향은 거울과 천문대의 다른 구성 요소에서 발생하는 움직임을 모니터링하고 감쇠하여 어느 정도 제어할 수 있습니다.
상용 부품
지금, 지리 스메타나 University of Birmingham과 동료들은 이러한 소음 억제 시스템에 적합하다고 말하는 변위 검출기를 만들기 위해 상업적으로 이용 가능한 광학 부품을 사용했습니다.
센서는 단일 레이저로 구동되는 두 개의 Michelson 간섭계로 구성됩니다. 각 간섭계는 감지 헤드와 미러로 구성됩니다. 감지 헤드 중 하나는 레이저 주파수를 안정화하는 피드백 루프의 일부로 시스템 성능을 향상시킵니다.
양자 압착으로 LIGO 및 Virgo 중력파 검출기의 성능 향상
팀은 측정된 간섭계 무늬에서 미러의 변위를 계산하기 위해 심층 주파수 변조라는 기술을 사용했습니다. 이 기술을 사용하면 광범위한 주파수에서 미세한 움직임을 감지할 수 있습니다. 실제로 이 시스템은 0.3Hz의 주파수에서 1pm/√Hz의 감도를 가지며 현재 LIGO에서 사용되는 한 가지 유형의 센서보다 300배 더 우수합니다.
이 센서는 크기가 몇 센티미터에 불과하므로 기존 중력파 감지기에 대한 향후 업그레이드(기존 인프라에 대한 영향을 최소화하면서 업그레이드를 구현할 수 있음)에 적합한 후보가 됩니다.
이러한 개선 사항을 통해 연구원들은 천문학자들이 처음으로 중간 질량 블랙홀 간의 병합을 감지할 수 있을 것이라고 제안합니다. 저주파 신호를 측정할 수 있는 능력을 갖추는 것은 멀티메신저 천문학에도 유용할 것이며, 병합 이벤트에 앞서 신호를 더 많이 감지할 수 있습니다. 이 센서는 비틀림 저울 및 지진계와 같은 작은 변위를 감지하는 다른 기기에서도 사용할 수 있습니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 실제 검토 적용.
