Dado que el hallazgo histórico de ondas gravitacionales de dos agujeros negros que colisionan a más de mil millones de años luz de distancia se realizó en 2015, Los físicos están avanzando en el conocimiento sobre los límites de la precisión de las mediciones que ayudarán a mejorar la próxima generación de herramientas y tecnología utilizadas por los científicos de ondas gravitacionales.

El profesor asociado del Departamento de Física y Astronomía de LSU, Thomas Corbitt, y su equipo de investigadores presentan ahora la primera banda ancha, medición fuera de resonancia del ruido de presión de radiación cuántica en la banda de audio, a frecuencias relevantes para los detectores de ondas gravitacionales, como se informó hoy en la revista científica Naturaleza . La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, o NSF, y los resultados apuntan a métodos para mejorar la sensibilidad de los detectores de ondas gravitacionales mediante el desarrollo de técnicas para mitigar la imprecisión en las mediciones llamadas "acción inversa, "aumentando así las posibilidades de detectar ondas gravitacionales.

Corbitt e investigadores han desarrollado dispositivos físicos que permiten observar y oír efectos cuánticos a temperatura ambiente. A menudo es más fácil medir los efectos cuánticos a temperaturas muy frías, mientras que este enfoque los acerca a la experiencia humana. Alojado en modelos en miniatura de detectores como LIGO, o el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, ubicado en Livingston, La., y Hanford, Lavar., estos dispositivos constan de baja pérdida, micro-resonadores de cristal único, cada uno de ellos una pequeña almohadilla de espejo del tamaño de un pinchazo de alfiler, suspendido de un voladizo. Un rayo láser se dirige a uno de estos espejos, y como el rayo se refleja, la presión de radiación fluctuante es suficiente para doblar la estructura en voladizo, haciendo que la almohadilla del espejo vibre, que crea ruido.

Los interferómetros de ondas gravitacionales utilizan tanta potencia láser como sea posible para minimizar la incertidumbre causada por la medición de fotones discretos y maximizar la relación señal-ruido. Estos haces de mayor potencia aumentan la precisión de la posición pero también aumentan la acción de retroceso, que es la incertidumbre en el número de fotones que se reflejan en un espejo que corresponde a una fuerza fluctuante debido a la presión de radiación en el espejo, causando movimiento mecánico. Otros tipos de ruido, como el ruido térmico, generalmente dominan sobre el ruido de presión de radiación cuántica, pero Corbitt y su equipo, incluidos colaboradores en MIT y Crystalline Mirror Solutions, los he revisado. El LIGO avanzado y otros interferómetros de segunda y tercera generación estarán limitados por el ruido de la presión de radiación cuántica a bajas frecuencias cuando funcionen a toda su potencia láser. El artículo de Corbitt en Naturaleza ofrece pistas sobre cómo los investigadores pueden solucionar este problema al medir ondas gravitacionales.

"Dado el imperativo de detectores de ondas gravitacionales más sensibles, Es importante estudiar los efectos del ruido de presión de radiación cuántica en un sistema similar a Advanced LIGO, que estará limitado por el ruido de presión de radiación cuántica en una amplia gama de frecuencias lejos de la frecuencia de resonancia mecánica de la suspensión de la masa de prueba, "Dijo Corbitt.

El ex asesor académico de Corbitt y autor principal del Naturaleza papel, Jonathan Cripe, se graduó de LSU con un Ph.D. en física el año pasado y ahora es investigador postdoctoral en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología:

"Día a día en LSU, mientras hacía el trabajo de fondo del diseño de este experimento y los microespejos y colocaba todas las ópticas sobre la mesa, Realmente no pensé en el impacto de los resultados futuros, ", Dijo Cripe." Me concentré en cada paso individual y tomé las cosas un día a la vez. [Pero] ahora que completamos el experimento, Realmente es asombroso dar un paso atrás y pensar en el hecho de que la mecánica cuántica, algo que parece de otro mundo y alejado de la experiencia humana diaria, es el principal impulsor del movimiento de un espejo que es visible para el ojo humano. El vacío cuántico o 'nada, 'puede tener un efecto en algo que se puede ver ".

Pedro Marronetti, un físico y director del programa NSF, señala que puede ser complicado probar nuevas ideas para mejorar los detectores de ondas gravitacionales, especialmente cuando se reduce el ruido que solo se puede medir en un interferómetro de escala completa:

"Este avance abre nuevas oportunidades para probar la reducción de ruido, ", dijo. La relativa simplicidad del enfoque lo hace accesible para una amplia gama de grupos de investigación, potencialmente aumentando la participación de la comunidad científica más amplia en la astrofísica de ondas gravitacionales ".