Nyt lasergennembrud for at hjælpe med forståelsen af ​​gravitationsbølger

Gravitationsbølgeforskere fra University of Western Australia har ledet udviklingen af ​​en ny lasertilstandssensor med hidtil uset præcision, som vil blive brugt til at undersøge neutronstjernernes indre og teste grundlæggende grænser for generel relativitet.

Forskningsassistent fra UWA's Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav-UWA) Dr. Aaron Jones sagde, at UWA koordinerede et globalt samarbejde mellem gravitationsbølge-, metasurface- og fotonikeksperter for at være banebrydende for en ny metode til at måle lysstrukturer kaldet "egenmodes."

"Gravitationsbølgedetektorer som LIGO, Jomfru og KAGRA lagrer enorme mængder optisk kraft, og adskillige par spejle bruges til at øge mængden af ​​laserlys, der er lagret langs detektorens massive arme," sagde Dr. Jones.

"Men hvert af disse par har små forvrængninger, der spreder lyset væk fra den perfekte form af laserstrålen, hvilket kan forårsage overskydende støj i detektoren, begrænse følsomheden og bringe detektoren offline.

"Vi ønskede at teste en idé, der ville lade os zoome ind på laserstrålen og lede efter de små 'vrikker' i kraft, der kan begrænse detektorernes følsomhed."

Dr. Jones sagde, at et lignende problem er stødt på i telekommunikationsindustrien, hvor forskere undersøger måder at bruge flere egenmodes til at transportere flere data ned i optiske fibre.

"Telekommunikationsforskere har udviklet en måde at måle egenmodes ved hjælp af et simpelt apparat, men det er ikke følsomt nok til vores formål," sagde han. "Vi havde ideen til at bruge en metasurface - en ultratynd overflade med et specielt mønster kodet i sub-bølgelængdestørrelse - og nåede ud til samarbejdspartnere, der kunne hjælpe os med at lave en."

Den proof-of-concept-opsætning, som holdet udviklede, var over tusind gange mere følsom end det originale apparat udviklet af telekommunikationsforskere, og forskerne vil nu se på at oversætte dette arbejde til gravitationsbølgedetektorer.

OzGrav-UWA Chief Investigator lektor Chunnong Zhao sagde, at udviklingen er endnu et skridt fremad i at detektere og analysere informationen båret af gravitationsbølger, hvilket giver os mulighed for at observere universet på nye måder.

"At løse tilstandssensorproblemet i fremtidige gravitationsbølgedetektorer er afgørende, hvis vi skal forstå neutronstjernernes indre og fremme vores observation af universet på en måde, som aldrig før har været mulig," sagde lektor Zhao.

Undersøgelsen er blevet godkendt til offentliggørelse i Physical Review A . + Udforsk yderligere

En interaktiv gravitationsbølgedetektormodel designet til at undervise på museer og messer