O professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Louisiana State University, Thomas Corbitt, e sua equipe de pesquisadores agora apresentam a primeira banda larga, medição fora da ressonância de ruído de pressão de radiação quântica na banda de áudio, em frequências relevantes para detectores de ondas gravitacionais, conforme relatado na revista científica Nature. Crédito:Elsa Hahne, LSU
Uma vez que a descoberta histórica de ondas gravitacionais de dois buracos negros colidindo a mais de um bilhão de anos-luz de distância foi feita em 2015, os físicos estão avançando no conhecimento sobre os limites da precisão das medições que ajudarão a melhorar a próxima geração de ferramentas e tecnologias usadas pelos cientistas das ondas gravitacionais.
O professor associado do Departamento de Física e Astronomia da LSU, Thomas Corbitt e sua equipe de pesquisadores agora apresentam a primeira banda larga, medição fora da ressonância de ruído de pressão de radiação quântica na banda de áudio, em frequências relevantes para detectores de ondas gravitacionais, conforme relatado hoje na revista científica Natureza . A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation, ou NSF, e os resultados sugerem métodos para melhorar a sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais, desenvolvendo técnicas para mitigar a imprecisão nas medições chamadas "ação traseira, "aumentando assim as chances de detecção de ondas gravitacionais.
Corbitt e pesquisadores desenvolveram dispositivos físicos que tornam possível observar - e ouvir - efeitos quânticos em temperatura ambiente. Muitas vezes é mais fácil medir os efeitos quânticos em temperaturas muito frias, enquanto esta abordagem os aproxima da experiência humana. Alojados em modelos em miniatura de detectores como o LIGO, ou o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, localizado em Livingston, La., e Hanford, Lavagem., esses dispositivos consistem em baixa perda, micro-ressonadores de cristal único - cada um deles uma pequena almofada de espelho do tamanho de uma picada de alfinete, suspenso de um cantilever. Um feixe de laser é direcionado a um desses espelhos, e conforme o feixe é refletido, a flutuação da pressão de radiação é suficiente para dobrar a estrutura cantilever, fazendo com que a almofada do espelho vibre, que cria ruído.
O professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Louisiana State University, Thomas Corbitt, e sua equipe de pesquisadores agora apresentam a primeira banda larga, medição fora da ressonância de ruído de pressão de radiação quântica na banda de áudio, em frequências relevantes para detectores de ondas gravitacionais, conforme relatado hoje na revista científica Natureza . Crédito:Elsa Hahne, LSU
Os interferômetros de onda gravitacional usam o máximo de potência do laser possível para minimizar a incerteza causada pela medição de fótons discretos e para maximizar a relação sinal-ruído. Esses feixes de alta potência aumentam a precisão da posição, mas também aumentam a ação traseira, que é a incerteza no número de fótons refletidos de um espelho que corresponde a uma força flutuante devido à pressão de radiação no espelho, causando movimento mecânico. Outros tipos de ruído, como ruído térmico, geralmente dominam sobre o ruído de pressão de radiação quântica, mas Corbitt e sua equipe, incluindo colaboradores do MIT e da Crystalline Mirror Solutions, classificaram por meio deles. LIGO avançado e outros interferômetros de segunda e terceira geração serão limitados por ruído de pressão de radiação quântica em baixas frequências quando operando em sua potência total do laser. Artigo de Corbitt em Natureza oferece dicas de como os pesquisadores podem contornar isso ao medir ondas gravitacionais.
"Dado o imperativo de detectores de ondas gravitacionais mais sensíveis, é importante estudar os efeitos do ruído de pressão de radiação quântica em um sistema semelhante ao LIGO avançado, que será limitado por ruído de pressão de radiação quântica em uma ampla faixa de frequências longe da frequência de ressonância mecânica da suspensão de massa de teste, "Disse Corbitt.
Ex-conselheiro acadêmico da Corbitt e principal autor do Natureza papel, Jonathan Cripe, graduado pela LSU com um Ph.D. em física no ano passado e agora é pesquisador de pós-doutorado no Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia:
O professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Louisiana State University, Thomas Corbitt, e sua equipe de pesquisadores agora apresentam a primeira banda larga, medição fora da ressonância de ruído de pressão de radiação quântica na banda de áudio, em frequências relevantes para detectores de ondas gravitacionais, conforme relatado na revista científica Natureza . Crédito:Elsa Hahne, LSU
"Dia a dia na LSU, enquanto eu estava fazendo o trabalho de fundo para projetar este experimento e os micro-espelhos e colocar todas as óticas na mesa, Eu realmente não pensei sobre o impacto dos resultados futuros, "Disse Cripe." Eu apenas me concentrei em cada passo individual e fiz as coisas um dia de cada vez. [Mas] agora que completamos o experimento, é realmente incrível dar um passo para trás e pensar sobre o fato de que a mecânica quântica - algo que parece sobrenatural e distante da experiência humana diária - é o principal motor do movimento de um espelho que é visível ao olho humano. O vácuo quântico, ou 'nada, 'pode ter um efeito sobre algo que você pode ver. "
Pedro Marronetti, um físico e diretor de programa da NSF, observa que pode ser complicado testar novas ideias para melhorar os detectores de ondas gravitacionais, especialmente ao reduzir o ruído que só pode ser medido em um interferômetro de escala completa:
"Esta descoberta abre novas oportunidades para testar a redução de ruído, ", disse ele. A relativa simplicidade da abordagem a torna acessível a uma ampla gama de grupos de pesquisa, potencialmente aumentando a participação da comunidade científica mais ampla na astrofísica de ondas gravitacionais. "
