Міжнародна група фізиків створила невеликий датчик руху на основі інтерферометра, який можна використовувати для підвищення продуктивності детекторів гравітаційних хвиль. Пристрій сантиметрового розміру може вимірювати зміщення тестових мас із субпікометричною точністю на низьких частотах. Дослідники вважають, що їхні технічні інновації можуть створити нові можливості у виявленні гравітаційних хвиль, дозволяючи астрономам спостерігати за подіями, які досі залишалися закритими шумом. Його також можна використовувати в інших галузях, включаючи сейсмологію та метрологію.
Обсерваторії LIGO та Virgo — це інтерферометри кілометрового розміру, які виявляють гравітаційні хвилі, відстежуючи положення великих дзеркал, які зазнають надзвичайно дрібних зміщень, коли гравітаційна хвиля проходить через Землю. Наразі вони вловили десятки сигналів гравітаційних хвиль, які в основному походять від злиття пар чорних дір зоряної маси. Грунтуючись на цьому початковому успіху, астрономи тепер сподіваються виявити гравітаційні хвилі нижчої частоти, породжені злиттям набагато більших чорних дір із середньою масою, маса яких у сотні чи навіть тисячі разів перевищує масу Сонця.
На жаль, сейсмічний та інший шум наразі заважає LIGO та Virgo досягти необхідної чутливості, необхідної для вимірювання цих низькочастотних сигналів. Вплив цього шуму можна певною мірою контролювати шляхом моніторингу та демпфування рухів, які він викликає в дзеркалах та інших компонентах обсерваторій.
Комерційні компоненти
тепер, Іржі Сметана в Університеті Бірмінгема та його колеги використали комерційно доступні оптичні компоненти для створення детектора переміщення, який, за їхніми словами, підходить для цих систем придушення шуму.
Датчик складається з двох інтерферометрів Майкельсона, які керуються одним лазером. Кожен інтерферометр складається з сенсорної головки та дзеркала. Одна з сенсорних головок є частиною контуру зворотного зв’язку, який стабілізує частоту лазера, тим самим підвищуючи продуктивність системи.
Квантовий стиснення підвищує продуктивність детекторів гравітаційних хвиль LIGO та Virgo
Команда використовувала техніку, яка називається глибокою частотною модуляцією, щоб обчислити зміщення дзеркал від виміряних смуг інтерферометра. Ця техніка дозволяє виявити дрібні рухи в широкому діапазоні частот. Дійсно, система мала чутливість 0.3 пм/√Гц на частоті 1 Гц і в 300 разів краща, ніж один тип датчика, який зараз використовується в LIGO.
Датчик має розмір лише кілька сантиметрів, що робить його придатним кандидатом для майбутніх модернізацій існуючих детекторів гравітаційних хвиль – модернізацій, які можна було б реалізувати з мінімальним впливом на існуючу інфраструктуру.
Завдяки цим удосконаленням дослідники припускають, що астрономи зможуть вперше виявити злиття між чорними дірами середньої маси. Наявність здатності вимірювати низькочастотні сигнали також було б корисно для мультимесенджерної астрономії, дозволяючи виявляти сигнали напередодні подій злиття. Датчик також може знайти застосування в інших інструментах, які виявляють крихітні зміщення, таких як торсійні ваги та сейсмометри.
Дослідження описано в Фізичний огляд застосовано.
