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  • 研究人员安装新的设备进入一个量子LIGO的引力波探测器的挤压。

    研究人员安装新的设备进入一个量子LIGO的引力波探测器的挤压。

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  • 特写量子挤压的已经由50%扩大LIGO的预期检测范围。

    特写量子挤压的已经由50%扩大LIGO的预期检测范围。

    图片:谢邵美琪

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LIGO的新的仪器扩展范围

研究人员安装新的设备进入一个量子LIGO的引力波探测器的挤压。

技术“挤压”量子噪声出这么多引力波信号可被检测。


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就在一年前,美国国家科学基金会资助的激光干涉引力波天文台或LIGO,被拿起每隔一个月左右引力波的低语。现在,一个新的除了该系统使仪器检测几乎每个星期这些时空涟漪。

自四月LIGO的第三工作来看,新的仪器被称为量子真空squeezer've帮助科学家们开始挑选出几十个引力信号波,其中包括一个已被二进制中子星产生的出现 - 爆炸性合并两中子星。

压榨机,科学家叫它,设计,建造和集成了LIGO的探测器由MIT的研究人员,协作者随着加州理工学院和澳大利亚国立大学,谁是它在一份文件中详细公布运作在今天的日记 物理评论快报.

什么乐器“挤压”是量子噪声 - 在太空真空无穷小的波动使其进入这个探测器。 LIGO检测的信号是如此微小,这些量子波动否则次要可以具有污染性的效果,或完全遮蔽潜在弄脏引力波的输入信号。

“如果量子力学进来到涉及LIGO的激光是由光子的事实,”主要作者解释玛吉TSE,研究生在bt365手机app。 “而不是激光的连续流的,如果你看看足够接近它的卫生组织单光子嘈杂的游行,每个真空波动的影响。而光的连续流将产生在检测器的恒定的嗡嗡声,单光子到达探测器各自与小'弹出。“

“这量子噪声是像背景所爬的到我们的干涉,是非常难以测量爆米花裂纹,补充说:” Mavalvala nergis,天体物理学大理石和物理bt365手机app系副头的教授。

随着新技术的榨汁机,其LIGO已经剃下来这个混杂的量子裂纹,由15%扩大探测器范围。结合在LIGO的激光功率的增加,检测器,这意味着可以挑选出通过在宇宙中的源产生的引力波至约140个Megaparsecs,或400多万光年。 ESTA扩展范围,使检测几乎每周引力波LIGO。

“当检测率上升,我们不仅了解更多关于我们所知道的来源,因为我们有更多的研究,但吃我们在发现未知事物的潜力,” Mavalvala称,LIGO科学团队的长期成员。 “我们正在撒网更广泛。”

新论文的第一作者是研究生和haocun宇玛吉谢霆锋,并顺利Barsotti,在bt365手机app的科维理研究所天体物理和空间研究公司的首席研究科学家,与其他人在LIGO科学合作一起。

量子极限

LIGO包括两个相同的检测器,一个位于汉福德,华盛顿,而另一个在利文斯顿,路易斯安那州。两个四公里长的隧道,或臂中的每个探测器由,每个来自其它在形状延伸出来“升”。

来检测引力波,科学家从L形检测器的角发送的激光束,下降每个臂,在其被暂停的反射镜的端部。每个激光反弹其相应的反射镜和向下行进每个臂回到它启动。如果引力波通过检测器,但应一个或移位两个反射镜位置的,会反过来影响哪些在其原点的每个激光的到来回的定时。 ESTA定时是什么科学家可以测量确定有引力波信号。

在LIGO的测量不确定性的主要来源来自量子噪声在激光的周围真空。而真空被典型地认为是一个虚无,或在空间空虚,物理学家把它理解为在其中亚原子粒子(在这种情况下,光子)正在不断创建和销毁的状态下,出现然后消失的那么快它们是极其困难检测。这两个光子的到达(相位)和数目(振幅)的时间也同样未知的,并且同样不确定的,因此很难为科学家从量子噪声所得到的背景挑出引力波信号。 

然而,该量子是恒定的裂纹,并且如LIGO寻求检测更远,微弱的信号,该量子噪声变得更加的限制因素的。

“我们正在做的测量是非常敏感的问题,量子真空,” Barsotti笔记。

把挤压的“鬼”的噪音

该研究小组在bt365手机app在15年前就开始设计一种装置来挤倒在量子噪声的不确定性,以揭示将被埋葬,否则量子噪声暗淡和更遥远的引力波信号。

挤压量子理论的第一提议,在20世纪80年代,一般想法是,噪声可以是量子真空为沿着两个主轴线的不确定性表示的一个球体:振幅和相位。如果该球被挤压,像一个压力球,在某种程度上这收缩沿幅度轴的球体,这将在作用收缩在真空(压力球的挤压部)的振幅状态的不确定性,同时增加了在相位状态不确定性(应力球的移动,扩张部分)。因为它是主要的不确定性相位噪声有助于LIGO,收缩这可能使检测器天体物理信号更敏感。

当理论首次提出近40年前,研究小组的少数尝试建立量子实验室挤压工具。

“这些第一示威之后,它都安静了下来,” Mavalvala说。

“以建设压挤也就是说压缩真空状态的挑战是很脆弱的,细腻的,”谢补充说。 “使用挤压球,在一块,并从那里被产生到它是令人惊讶的硬被测量。任何失误,球可以反弹右后卫ITS未挤压状态“。

于是,2002年左右,就如同LIGO的探测器首次开始寻找引力波,研究人员在bt365手机app开始思考量子挤压的方式,以减少那些可能掩盖一个令人难以置信的晕引力波信号中的噪声。他们开发了一个初步设计用于真空挤压,他们在2010年LIGO的汉福德网站进行测试。结果令人鼓舞:设法提高LIGO的信噪比仪器 - 一个有前途的信号与背景噪声的强度。

自那时起,球队由谢霆锋和Barsotti主导,其精致的设计,建成并融入压挤两个LIGO探测器。该挤压器的心脏是光学参量振荡器,OPO或 - 领结形装置保持一个小的晶体即在反射镜的结构。当研究人员引导激光束到晶体中,晶体的原子相互作用激光并在某种程度上量子真空之间促进重新排列它们的相位幅度的特性对,创建一个新的,“挤”真空也就是说然后继续向下每个探测器的手臂,因为它通常会。压缩真空ESTA具有比普通真空相较小的波动,使科学家能够更好地检测引力波。

除了LIGO的增加提高探测引力波的能力,新的量子挤压可能会有帮助科学家更好地提取信息,关于产生这些波的来源。

“我们有这个怪异的量子真空,我们可以操作不违反卫生组织自然规律,我们可以做出改进的测量之后,” Mavalvala说。 “那它告诉我们,我们可以做的,有时最终奔波性质。并不总是,但有时“。

ESTA研究是支持的,部分由美国国家科学基金会。 LIGO是由加州理工学院和bt365手机app的建设。


主题: 天文学, 天体物理学, 科维理, LIGO, 美国国家科学基金会(NSF), 物理, 研究, 科学学院, 空间,天文学和行星科学

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