Cuộc tìm kiếm được tiến hành để phát hiện bằng chứng đầu tiên về sóng hấp dẫn di chuyển quanh vũ trụ. Nếu một sóng hấp dẫn đi qua khối lượng không-thời gian xung quanh Trái đất, trên lý thuyết chùm tia laser sẽ phát hiện một thay đổi nhỏ khi sóng truyền qua làm thay đổi khoảng cách giữa các gương. Điều đáng chú ý là sự thay đổi nhỏ này sẽ nhỏ; thật nhỏ đến mức LIGO đã được thiết kế để phát hiện sự dao động khoảng cách nhỏ hơn một phần nghìn chiều rộng của một proton. Điều này là ấn tượng, nhưng nó có thể tốt hơn. Bây giờ các nhà khoa học nghĩ rằng họ đã tìm ra cách tăng độ nhạy của LIGO; sử dụng các tính chất lượng tử kỳ lạ của photon để vắt kiệt tia laser để tăng độ nhạy có thể đạt được
LIGO được thiết kế bởi các cộng tác viên từ MIT và Caltech để tìm kiếm bằng chứng quan sát về sóng hấp dẫn lý thuyết. Sóng hấp dẫn được cho là lan truyền khắp vũ trụ khi các vật thể khổng lồ làm xáo trộn không-thời gian. Ví dụ, nếu hai lỗ đen va chạm và hợp nhất (hoặc va chạm và nổ tung ra khỏi nhau), lý thuyết tương đối tổng quát của Einstein Einstein dự đoán rằng một gợn sóng sẽ được gửi trong suốt thời gian không gian. Để chứng minh sóng hấp dẫn tồn tại, cần phải xây dựng một loại đài quan sát hoàn toàn khác, không phải để quan sát phát xạ điện từ nguồn, mà là phát hiện sự đi qua của những nhiễu loạn này đi qua hành tinh của chúng ta. LIGO là một nỗ lực để đo các sóng này và với chi phí thiết lập khổng lồ là 365 triệu đô la, có áp lực rất lớn để cơ sở phát hiện ra sóng hấp dẫn đầu tiên và nguồn của nó (để biết thêm thông tin về LIGO, xem Lắng nghe nghe nhạc cho sóng hấp dẫn để theo dõi các lỗ đen). Than ôi, sau vài năm khoa học, không ai được tìm thấy. Đây có phải là vì không có sóng hấp dẫn ngoài kia? Hay đơn giản là LIGO không đủ nhạy cảm?
Câu hỏi đầu tiên nhanh chóng được trả lời bởi các nhà khoa học LIGO: cần nhiều thời gian hơn để thu thập một khoảng thời gian dài hơn của dữ liệu (cần phải có thêm thời gian phơi sáng ra trước khi phát hiện ra sóng hấp dẫn). Ngoài ra còn có lý do mạnh về lý thuyết tại sao sóng hấp dẫn nên tồn tại. Câu hỏi thứ hai là một cái gì đó các nhà khoa học từ Mỹ và Úc hy vọng sẽ cải thiện; có lẽ LIGO cần tăng cường độ nhạy.
Để làm cho các máy dò sóng hấp dẫn trở nên nhạy cảm hơn, lãnh đạo Nergis Mavalvala của nhà nghiên cứu mới này và nhà vật lý MIT, đã tập trung vào rất nhỏ để giúp phát hiện rất lớn. Để hiểu những gì các nhà nghiên cứu đang hy vọng đạt được, một khóa học sự cố rất ngắn gọn về lượng tử fuzziness trực tiếp là cần thiết.
Các máy dò như LIGO phụ thuộc vào công nghệ laser có độ chính xác cao để đo nhiễu loạn trong không gian. Khi sóng hấp dẫn truyền qua Vũ trụ, chúng gây ra những thay đổi nhỏ về khoảng cách giữa hai vị trí trong không gian (không gian thực sự bị vênh váo bởi những sóng này). Mặc dù LIGO có khả năng phát hiện sự nhiễu loạn nhỏ hơn một phần nghìn chiều rộng của một proton, nhưng sẽ rất tuyệt nếu có được độ nhạy cao hơn nữa. Mặc dù laser vốn đã chính xác và rất nhạy, nhưng các photon laser vẫn bị chi phối bởi động lực lượng tử. Khi các photon laser tương tác với giao thoa kế, có một mức độ mờ lượng tử có nghĩa là photon không phải là một điểm nhọn, nhưng hơi mờ bởi nhiễu lượng tử. Trong một nỗ lực để giảm tiếng ồn này, Mavalvala và nhóm của cô đã có thể nén các photon laser.
Các photon laser sở hữu hai đại lượng: pha và biên độ. Pha mô tả vị trí của photon theo thời gian và biên độ mô tả số lượng photon trong chùm tia laser. Trong thế giới lượng tử này, nếu biên độ laser bị giảm (loại bỏ một số nhiễu); độ không đảm bảo lượng tử trong pha laser sẽ tăng (thêm một số nhiễu). Đó là sự đánh đổi mà kỹ thuật ép mới này dựa trên. Điều quan trọng là độ chính xác trong việc đo biên độ, chứ không phải pha, khi cố gắng phát hiện sóng hấp dẫn bằng laser.
Hy vọng rằng kỹ thuật mới này có thể được áp dụng cho cơ sở LIGO trị giá hàng triệu đô la, có thể làm tăng độ nhạy LIGO của 44%.
“Tầm quan trọng của công việc này là nó buộc chúng tôi phải đối đầu và giải quyết một số thách thức thực tế của việc ép nhà nước và có rất nhiều. Bây giờ chúng ta có vị trí tốt hơn nhiều để thực hiện việc nén trong các máy dò ở quy mô km và bắt được sóng hấp dẫn khó nắm bắt đó. - Nergis Mavalvala.
Nguồn: Physorg.com
