Los detectores de ondas gravitacionales han abierto una nueva ventana al universo al medir las ondas en el espacio-tiempo producidas por la colisión de agujeros negros y estrellas de neutrones. pero, en última instancia, están limitados por fluctuaciones cuánticas inducidas por la luz que se refleja en los espejos. Doctorado en LSU El alumno de física Jonathan Cripe y su equipo de investigadores de LSU han realizado un nuevo experimento con científicos de Caltech y Thorlabs para explorar una forma de cancelar esta retroacción cuántica y mejorar la sensibilidad del detector.

En un nuevo documento en Revisión física X , Los investigadores presentan un método para eliminar la retroacción cuántica en un sistema simplificado utilizando un espejo del tamaño de un cabello humano y muestran que el movimiento del espejo se reduce de acuerdo con las predicciones teóricas. La investigación fue apoyada por la National Science Foundation.

A pesar de utilizar espejos de 40 kilogramos para detectar ondas gravitacionales que pasan, las fluctuaciones cuánticas de la luz perturban la posición de los espejos cuando la luz se refleja. A medida que los detectores de ondas gravitacionales continúan volviéndose más sensibles con actualizaciones incrementales, esta retroacción cuántica se convertirá en un límite fundamental para la sensibilidad de los detectores, obstaculizando su capacidad para extraer información astrofísica de ondas gravitacionales.

"Presentamos un banco de pruebas experimental para estudiar y eliminar la retroacción cuántica, ", Dijo Cripe." Realizamos dos mediciones de la posición de un objeto macroscópico cuyo movimiento está dominado por la retroacción cuántica y mostramos que al hacer un simple cambio en el esquema de medición, podemos eliminar los efectos cuánticos de la medición del desplazamiento. Aprovechando las correlaciones entre la fase y la intensidad de un campo óptico, se elimina la retroacción cuántica ".

Garrett Cole, gerente de tecnología de Thorlabs Crystalline Solutions (Crystalline Mirror Solutions fue adquirida por Thorlabs Inc. el año pasado), y su equipo construyó los espejos micromecánicos a partir de una multicapa epitaxial que consta de alternancia de GaAs y AlGaAs. Una fundición exterior, IQE Carolina del Norte, hizo crecer la estructura cristalina mientras Cole y su equipo, incluidos los ingenieros de procesos Paula Heu y David Follman, fabricó los dispositivos en las instalaciones de nanofabricación de la Universidad de California en Santa Bárbara.

"Al realizar esta medición en un espejo visible a simple vista, a temperatura ambiente y a frecuencias audibles para el oído humano, acercamos los efectos sutiles de la mecánica cuántica al ámbito de la experiencia humana, ", dijo el candidato de doctorado de LSU, Torrey Cullen." Al silenciar el susurro cuántico, ahora podemos escuchar las notas más sutiles de la sinfonía cósmica ".

"Esta investigación es especialmente oportuna porque el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, o LIGO, acaba de anunciar el mes pasado en Nature que han visto los efectos del ruido de presión de radiación cuántica en el observatorio LIGO Livingston, "dijo Thomas Corbitt, profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de LSU.

El esfuerzo detrás de ese papel "Correlaciones cuánticas entre la luz y los espejos de kilogramos de masa de LIGO, "ha sido dirigido por Nergis Mavalvala, decano de la Escuela de Ciencias del MIT, así como el académico postdoctoral Haocun Yu y el científico investigador Lee McCuller, ambos en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

"El ruido de la presión de radiación cuántica ya está saliendo del piso de ruido en Advanced LIGO, y en poco tiempo, será una fuente de ruido limitante en los detectores GW, "Mavalvala dijo." Las observaciones astrofísicas más profundas sólo serán posibles si podemos reducirlo, y este hermoso resultado del grupo Corbitt en LSU demuestra una técnica para hacer precisamente eso ".