«Главная ошибка Эйнштейна» поможет физикам искать гравитационные волны

Ученые предлагают использовать запутанные частицы и связанные с ними квантовые эффекты для повышения точности LIGO и других детекторов гравитационных волн, работе которых сегодня мешают квантовые флуктуации вакуума.

Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics, передает РИА Новости.

«Детекторы LIGO способны видеть сдвиги своих зеркал на расстояния, соответствующие миллиардной доле нанометра. Точность их работы ограничивается не несовершенством приборов, а фундаментальными законами природы, квантовой природой лазерных лучей, при помощи которых определяется положение зеркал. Этот предел можно обойти, используя парадокс, придуманный Эйнштейном и коллегами в 1935 году для демонстрации абсурдности квантовой механики», — объясняет Раффаэле Фламинио (Raffaele Flaminio) из университета Токио (Япония).

Принцип неопределенности Гейзенберга — фундаментальный закон квантовой механики — ограничивает точность измерения скорости движения и положения частиц. Из-за него ученые могут точно измерить либо первый, либо второй показатель, что вносит непреодолимые искажения в результаты замеров, где требуется сверхвысокая точность.

Когда ученые тестировали источники сжатого света на LIGO, то столкнулись с неожиданной проблемой: оказалось, что подобный прием заставляет лазеры детекторов сильнее «давить» на зеркала, в результате чего те начинают сильнее «дрожать» под ударами фотонов, что вносит новые помехи в сигнал. Уровень помех при этом понижается не на 10 децибел, как показывали опыты в лаборатории, а всего на 2,7-4 децибела.

Ицю Ма (Yiqiu Ma) из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) и его коллеги придумали достаточно простой и остроумный способ решить эту проблему, подружив детектор «эйнштейновских» волн с главным «врагом» Эйнштейна при его жизни — с запутанными частицами, существование которых великий физик ошибочно считал невозможным.

Для их появления, как выяснили авторы идеи, достаточно немного изменить частоту лазера, питающего источник сжатого света. В таком случае он будет вырабатывать не один, а два потока разных, но при этом запутанных фотонов. Один из них будет иметь свойства, аналогичные тем частицам света, которые присутствуют в лазерных лучах LIGO, а второй — чуть другую частоту.

Эти небольшие различия в частоте кардинальным образом поменяют то, как второй луч лазера будет взаимодействовать с интерферометром, сердцем детектора гравитационных волн. Фактически он будет отражаться назад, а не проходить в сторону зеркал LIGO и взаимодействовать с ними. Тем не менее его флуктуации будут отражать то, как его «собрат» взаимодействует с ними за счет существования, как выражался Эйнштейн, «призрачной связи» между их частицами.

Сравнивая флуктуации и того и другого луча между собой и «вычитая» их друг из друга, можно избавиться от квантового шума и повысить точность измерений, не создавая новых типов шума на нужных для поисков гравитационных волн частотах, как в случае с обычными источниками сжатого света.

По словам Ма, даже в отсутствие других улучшений, поле обзора LIGO расширится в восемь раз при внесении подобных небольших изменений в работу его детекторов. Это заметно повысит шансы на обнаружение других всплесков гравитационных волн, кроме тех трех, которые были найдены в ходе первого сеанса работы детектора в 2015 году.






Последние свежие новости дня

Другие новости и советы по теме:

Отправить ответ

Оставьте первый комментарий!

Уведомлять
avatar
wpDiscuz



Создано студией веб дизайна:  Studio-Almaz.top