البحث مستمر لاكتشاف أول دليل على موجات الجاذبية التي تنتقل حول الكون. إذا مرت موجة جاذبية عبر حجم الزمكان المحيط بالأرض ، نظريا سيكتشف شعاع الليزر تغييرًا طفيفًا حيث تغير الموجة المارة قليلاً المسافة بين المرايا. تجدر الإشارة إلى أن هذا التغيير الطفيف سيكون صغيراً ؛ صغير جدًا في الواقع بحيث تم تصميم LIGO لاكتشاف تقلبات المسافة التي تقل عن واحد من الألف من عرض بروتون. هذا مثير للإعجاب ، ولكن يمكن أن يكون أفضل. يعتقد العلماء الآن أنهم وجدوا طريقة لزيادة حساسية LIGO. استخدام الخصائص الكمومية الغريبة للفوتون "للضغط" على شعاع الليزر حتى يمكن تحقيق زيادة في الحساسية ...
تم تصميم LIGO من قبل متعاونين من MIT و Caltech للبحث عن أدلة رصدية لموجات الجاذبية النظرية. يعتقد أن موجات الجاذبية تنتشر في جميع أنحاء الكون حيث تزعج الأجسام الضخمة الزمكان. على سبيل المثال ، إذا اصطدم ثقبان أسودان ودمجهما (أو اصطدموا وانفجروا بعيدًا عن بعضهما البعض) ، فإن نظرية آينشتاين للنسبية العامة تتوقع أن يتم إرسال تموج في جميع أنحاء نسيج الزمكان. لإثبات وجود موجات الجاذبية ، يلزم بناء نوع مختلف تمامًا من المرصد ، ليس لمراقبة الانبعاثات الكهرومغناطيسية من المصدر ، ولكن للكشف عن مرور هذه الاضطرابات التي تنتقل عبر كوكبنا. LIGO هي محاولة لقياس هذه الموجات ، ومع تكلفة إنشاء ضخمة تبلغ 365 مليون دولار ، هناك ضغط كبير على المنشأة لاكتشاف أول موجة جاذبية ومصدرها (لمزيد من المعلومات حول LIGO ، انظر "الاستماع" لموجات الجاذبية لتعقب الثقوب السوداء). للأسف ، بعد عدة سنوات من العلم ، لم يتم العثور على أي منها. هل هذا بسبب عدم وجود موجات الجاذبية هناك؟ أم أن LIGO ببساطة ليست حساسة بما يكفي؟
يتم الإجابة على السؤال الأول بسرعة من قبل علماء LIGO: هناك حاجة إلى مزيد من الوقت لجمع فترة أطول من البيانات (يجب أن يكون هناك المزيد من "وقت التعرض" قبل اكتشاف موجات الجاذبية). هناك أيضًا أسباب نظرية قوية لوجود موجات الجاذبية. السؤال الثاني هو شيء يأمل العلماء من الولايات المتحدة وأستراليا في تحسينه. ربما يحتاج LIGO إلى تعزيز الحساسية.
لجعل أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية أكثر حساسية ، ركز زعيم Nergis Mavalvala لهذا البحث الجديد وفيزيائي MIT ، على العناصر الصغيرة جدًا للمساعدة في الكشف عن الضخامة. لفهم ما يأمل الباحثون في تحقيقه ، هناك حاجة إلى دورة سريعة وجيزة للغاية في "الضبابية" الكمية.
تعتمد الكواشف مثل LIGO على تقنية ليزر عالية الدقة لقياس الاضطرابات في الزمكان. عندما تنتقل موجات الجاذبية عبر الكون ، فإنها تتسبب في تغيرات طفيفة في المسافة بين موقعين في الفضاء (يتم تشويه الفضاء فعليًا بواسطة هذه الموجات). على الرغم من أن LIGO لديه القدرة على اكتشاف اضطراب أقل من ألف جزء من عرض البروتون ، سيكون من الرائع إذا تم اكتساب المزيد من الحساسية. على الرغم من أن الليزر دقيق بطبيعته وحساس للغاية ، إلا أن الفوتونات الليزرية لا تزال تحكمها ديناميات الكم. عندما تتفاعل فوتونات الليزر مع مقياس التداخل ، هناك درجة من الضبابية الكمومية مما يعني أن الفوتون ليس نقطة حادة ، ولكنه مشوش قليلاً بسبب الضوضاء الكمومية. في محاولة للحد من هذه الضوضاء ، تمكنت Mavalvala وفريقها من "عصر" فوتونات الليزر.
تمتلك فوتونات الليزر كميتين: الطور والسعة. يصف الطور موضع الفوتونات في الوقت والمسافة يصف عدد الفوتونات في شعاع الليزر. في هذا العالم الكمي ، إذا تم تقليل سعة الليزر (إزالة بعض الضوضاء) ؛ سيزداد عدم اليقين الكمي في طور الليزر (إضافة بعض الضوضاء). هذه المقايضة هي التي تعتمد عليها تقنية الضغط الجديدة. المهم هو الدقة في قياس السعة ، وليس الطور ، عند محاولة اكتشاف موجة جاذبية بالليزر.
ومن المؤمل أن يتم تطبيق هذه التقنية الجديدة على منشأة ليجو بملايين الدولارات ، مما قد يزيد من حساسية ليجو بنسبة 44٪.
“وتكمن أهمية هذا العمل في أنه أجبرنا على مواجهة وحل بعض التحديات العملية لحقن الدولة المضغوطة وهناك الكثير. نحن الآن في وضع أفضل لتنفيذ الضغط في كاشفات مقياس الكيلومتر ، والتقاط تلك الموجة الجاذبية المراوغة. " - Nergis Mavalvala.
المصدر: Physorg.com
