物理学家开发了一种提高重力波探测器灵敏度的物理方法

2022-02-07 11:20:00高永婉导读引力波探测器通过测量由黑洞和中子星碰撞产生的时空脉动，为宇宙打开了一个新的种提窗口，但它们最终受到反射镜反射光引起的高重量子涨落的限制。路

引力波探测器通过测量由黑洞和中子星碰撞产生的力波时空脉动，为宇宙打开了一个新的探测窗口，但它们最终受到反射镜反射光引起的器灵量子涨落的限制。路易斯安那州立大学博士 物理学校友乔纳森·克里普(Jonathan Cripe)和他的敏度LSU研究人员团队与加州理工学院(Caltech)和索拉伯斯(Thorlabs)的科学家们进行了一项新实验，以探索一种消除这种量子反作用并提高探测器灵敏度的物理方法。

在《Physical Review X》上的种提一篇新论文中，研究人员提出了一种使用类似于人类头发大小的高重镜子在简化系统中消除量子反作用的方法，并表明镜子的力波运动与理论预测相符。该研究得到了科学基金会的探测支持。

尽管使用了40公斤的器灵反射镜来检测通过的重力波，但是敏度当反射光时，光的物理量子涨落会干扰反射镜的位置。随着重力波探测器的不断升级，其灵敏度越来越高，这种量子反作用将成为探测器灵敏度的基本限制，从而阻碍了它们从重力波中提取天体信息的能力。

Cripe说：“我们提供了一个用于研究和消除量子反作用的实验性试验台。” “我们对宏观物体的位置进行了两次测量，该物体的运动受量子反作用控制，并表明通过对测量方案进行简单的更改，我们就可以消除位移测量中的量子效应。通过利用相位与相位之间的相关性的光强度，消除了量子反作用。”

Thorlabs Crystalline Solutions公司的技术经理Garrett Cole(Crystalline Mirror Solutions公司于去年被Thorlabs Inc.收购)，他的团队从由交替的GaAs和AlGaAs组成的外延多层中构建了微机械镜。外部铸造厂，北卡罗莱纳州的IQE，使晶体结构生长，而Cole和他的团队(包括工艺工程师Paula Heu和David Follman)在加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的纳米制造工厂制造了该器件。

LSU博士说：“通过在室温和人耳可听到的频率下在肉眼可见的镜子上执行此测量，我们使量子力学的微妙效果更接近于人类体验的领域，” LSU博士说。候选人Torrey Cullen。“通过消除量子低语，我们现在可以聆听宇宙交响曲中更为微妙的音符。”

“这项研究特别及时，因为激光干涉仪重力波天文台(LIGO)上个月刚刚在《自然》杂志上宣布他们已经在LIGO利文斯顿天文台看到了量子辐射压力噪声的影响，”该实验室副教授Thomas Corbitt说。路易斯安那州立大学物理与天文学系。

麻省理工学院院长Nergis Mavalvala以及博士后学者Haocun Yu和研究科学家Lee McCuller共同领导了该论文背后的工作，即“光与LIGO的千克质量镜之间的量子相关性”。在麻省理工学院卡夫利天体物理与空间研究所。

Mavalvala说：“先进LIGO的噪声辐射噪声已经从本底噪声中消失了，不久以后，它将成为GW检测器中的限制噪声源。” “只有我们能够减少它，才有可能进行更深入的天体观测，而路易斯安那州立大学科比特分校的这一美丽成果证明了做到这一点的技术。”