Innovation øger det observerbare rumfang af universet med en faktor på syv

Detekteringen af ​​Einsteins gravitationsbølger er afhængig af meget præcise lasermålinger af små længdeændringer. Kilometerstørrelsesdetektorerne i det internationale netværk (GEO600, LIGO, Jomfruen) er så følsomme, at de grundlæggende er begrænset af små kvantemekaniske effekter. Disse forårsager en baggrundsstøj, som overlapper med gravitationsbølgesignaler. Denne støj er altid til stede og kan aldrig fjernes helt. Men man kan ændre dens egenskaber - med en proces kaldet klemning, hidtil kun brugt rutinemæssigt på GEO600 - sådan at det forstyrrer målingen mindre. Nu, GEO600-forskere har opnået bedre klemning end nogensinde før. Dette åbner nye måder til at forbedre det internationale detektornetværk i de næste observationskørsler og er et vigtigt skridt til tredje generations detektorer såsom Einstein-teleskopet.

En fantastisk ny rekord

Holdet fra Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) og Leibniz Universität Hannover nåede et squeezing-niveau på 5,7 dB og undertrykte derfor kvantebaggrundsstøjen med en faktor på næsten to. Sammenlignet med en detektor uden at klemme, dette øger det observerbare rumfang af universet med en faktor på syv.

Forskerholdet benyttede nydesignede optiske komponenter og tunede den optiske opsætning af den klemte lyskilde, og hvordan den er koblet til detektoren.

"Med den nuværende fase af grænsefladeopgraderinger afsluttet, vi har været i stand til at begynde at optimere og karakterisere systemet fuldt ud, hvilket giver os denne fantastiske nye rekord i squeezing, at øge vores følsomhed i frekvenser, der er vigtige for at forstå neutronstjernens fysik, " siger Dr. James Lough, ledende videnskabsmand for GEO600.

Pionerarbejde hos GEO600

"GEO600-teamet har været banebrydende for brugen af ​​squeezing i det internationale gravitationsbølgesamfund. Flere generationer af GEO600 Ph.D.-studerende sammen med squeezing-eksperter hos AEI har gjort dette gennembrud muligt, " forklarer Dr. Christoph Affeldt, GEO600 driftsleder.

Den tysk-britiske gravitationsbølgedetektor GEO600 nær Hannover har rutinemæssigt brugt en klemt lyskilde siden 2010 og har været det eneste instrument i verden til at gøre det. Lyskilden specialfremstillet til GEO600 blev udviklet og bygget på AEI.

Sammen med AEI-kollegerne, GEO600-teamet har løbende arbejdet på at forbedre integrationen af ​​"squeezer" i detektoren. Dette er nøglen på grund af den skrøbelige natur af klemt lys:Selv et meget lille tab af det på vej ind i detektoren begrænser den mulige stigning i følsomheden af ​​GEO600. Derfor, mange små forbedringer kan resultere i store gevinster i følsomhed.

Klemmer næste observationsløb O3 ind

Følsomheden af ​​alle fremtidige interferometriske gravitationsbølgedetektorer vil blive øget ved brug af lignende kilder med klemt lys. I den næste fælles observationskørsel O3, der er planlagt til at begynde i begyndelsen af ​​2019, både LIGO-instrumenter og Jomfru-detektoren vil bruge klemt lys. Virgo squeezer-enheden er en nyere version af den, der er udviklet til GEO600 og på permanent udlån fra AEI.

"For fremtidige tredjegenerationsdetektorer som det europæiske Einstein-teleskop kræves der endnu højere niveauer af klemning. Med denne fantastiske nye rekord på GEO600, vi er nu klar til at perfektionere denne teknologi og tackle de næste udfordringer på vej til Einstein-teleskopet, " siger prof. Karsten Danzmann, direktør ved AEI og direktør for Institute for Gravitational Physics ved Leibniz Universität Hannover.