Mednarodna ekipa fizikov je ustvarila majhen senzor gibanja na osnovi interferometra, ki bi ga lahko uporabili za povečanje učinkovitosti detektorjev gravitacijskih valov. Naprava velikosti centimetrov lahko meri premik testnih mas s subpikometrsko natančnostjo pri nizkih frekvencah. Raziskovalci verjamejo, da bi lahko njihove tehnične inovacije pripeljale do novih priložnosti pri zaznavanju gravitacijskih valov, kar bi astronomom omogočilo opazovanje dogodkov, ki so bili doslej zakriti s hrupom. Lahko se uporablja tudi na drugih področjih, vključno s seizmologijo in meroslovjem.
Observatorija LIGO in Virgo sta kilometrsko velika interferometra, ki zaznavata gravitacijske valove s spremljanjem položajev velikih zrcal, ki so podvržena izjemno majhnim premikom, ko gre gravitacijski val skozi Zemljo. Doslej so pobrali na desetine signalov gravitacijskih valov – ki večinoma izvirajo iz združitve parov črnih lukenj z zvezdno maso. Na podlagi tega začetnega uspeha astronomi zdaj upajo, da bodo zaznali nizkofrekvenčne gravitacijske valove, ki jih ustvarjajo združitve veliko večjih črnih lukenj srednje mase, ki so več sto ali celo tisočkrat večje od mase Sonca.
Na žalost seizmični in drugi hrup trenutno preprečujeta, da bi LIGO in Virgo dosegla zahtevano občutljivost, potrebno za merjenje teh nizkofrekvenčnih signalov. Učinek tega hrupa je mogoče do določene mere nadzorovati s spremljanjem in dušenjem gibanja, ki ga povzroča v ogledalih in drugih komponentah observatorijev.
Komercialne komponente
zdaj, Jiži Smetana na Univerzi v Birminghamu in sodelavci so uporabili komercialno dostopne optične komponente za ustvarjanje detektorja premika, za katerega pravijo, da je primeren za te sisteme za dušenje hrupa.
Senzor je sestavljen iz dveh Michelsonovih interferometrov, ki ju poganja en sam laser. Vsak interferometer je sestavljen iz senzorske glave in ogledala. Ena od senzorskih glav je del povratne zanke, ki stabilizira frekvenco laserja in s tem poveča učinkovitost sistema.
Kvantno stiskanje poveča učinkovitost detektorjev gravitacijskih valov LIGO in Virgo
Ekipa je uporabila tehniko, imenovano globoka frekvenčna modulacija, da bi izračunala premik zrcal iz izmerjenih robov interferometra. Ta tehnika omogoča zaznavanje drobnih gibov v širokem razponu frekvenc. Dejansko je imel sistem občutljivost 0.3 pm/√Hz pri frekvenci 1 Hz in je 300-krat boljši od ene vrste senzorja, ki se trenutno uporablja v LIGO.
Senzor je velik le nekaj centimetrov, zaradi česar je primeren kandidat za prihodnje nadgradnje obstoječih detektorjev gravitacijskih valov – nadgradnje, ki bi jih bilo mogoče izvesti z minimalnim vplivom na njihovo obstoječo infrastrukturo.
S temi izboljšavami raziskovalci kažejo, da bi lahko astronomi prvič zaznali združitve med črnimi luknjami srednje mase. Zmožnost merjenja nizkofrekvenčnih signalov bi bila koristna tudi za astronomijo multimessengerja, kar bi omogočilo zaznavanje signalov dlje pred dogodki združitve. Senzor bi lahko našel uporabo tudi v drugih instrumentih, ki zaznavajo majhne premike – kot so torzijske tehtnice in seizmometri.
Raziskava je opisana v Uporabljen fizični pregled.
