光学和光子学

量子压缩提高了LIGO和Virgo引力波探测器的性能

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-12-11 15:35

量子压缩已被用于提高LIGO和处女座干涉仪的灵敏度,使其在检测引力波方面表现更好。该技术涉及减少光子沿干涉仪臂往返几公里后到达探测器的时间的固有不确定性。压缩已于2019年4月实施,已将LIGO和处女座探测器的灵敏度分别提高了20%和50%。 自2015年以来,美国的两台LIGO干涉仪-最近是意大利的处女座

  量子压缩已被用于提高LIGO和处女座干涉仪的灵敏度,使其在检测引力波方面表现更好。该技术涉及减少光子沿干涉仪臂往返几公里后到达探测器的时间的固有不确定性。压缩已于2019年4月实施,已将LIGO和处女座探测器的灵敏度分别提高了20%和50%。

  自2015年以来,美国的两台LIGO干涉仪-最近是意大利的处女座干涉仪-一直在检测黑洞和中子星对的引力波(时空波纹)。

量子压缩提高了LIGO和Virgo引力波探测器的性能

  每个检测器包括两个垂直干涉仪臂,在LIGO处长4公里,在Virgo处长3公里。干涉仪通过将激光分成两束沿手臂传播的光束来工作。光束从臂末端的反射镜反射回来,并沿着臂返回到其顶点,在此处光线被重新组合并被检测到。

  亚原子大小的变化

  设置LIGO和处女座干涉仪,使光在检测器处受到破坏性干扰,该检测器通常会测量空信号。当引力波通过干涉仪时,可能会导致一只或两只手臂长度的微小变化。破坏性干扰不再发生,并且检测到一些光。通过这种方式,检测器能够测量到10 -19 m的长度变化,这是质子直径的约10,000倍。

  这些测量精度的一个重要限制是由光的量子涨落引起的噪声。这些波动会在光子沿着干涉仪的臂来回传播的时间内产生很小的扩散。结果,检测器处的​​破坏性干扰不是完美的,并且干涉仪测量臂距变化的能力受到光子到达时间分布宽度的限制。

  幸运的是,量子力学提供了一种减小时间分布宽度的方法。光在干涉仪内的光学组件上施加的“辐射压力”也会发生量子涨落。不确定性原则规定,时间与辐射压力分布宽度的乘积必须大于某个值。因此,可以以增加辐射压力分布的宽度为代价来减小时间分布的宽度。

  纠缠对

  在LIGO和Virgo探测器中,通过使用称为光参量振荡器的特殊设备创建成对的光子,可以减小或压缩时间分布宽度。这些对是量子力学纠缠的,并具有相关的到达检测器的时间-从而减小了时间分布的宽度。

  多亏了挤压,LIGO现在可以观测到比以前多15%的重力波的天文来源–这意味着LIGO应该能够发现更多的物体50%。处女座现在可以看到距离最远达8%的物体,这应使其看到的物体多出20%。

  但是,不确定原理的性质意味着LIGO和处女座的物理学家必须接受更大的辐射压力噪声-这会降低重力波探测器的性能。在尝试检测低频信号(LIGO中低于50 Hz)时,这将成为更多的问题,并且当前不被视为检测中子星和黑洞合并的问题。

  《物理评论快报》(Physical Review Letters)中有单独的论文描述了LIGO中的压缩,而处女座探测器中有两个

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