Natuurkundigen hebben met succes een nieuw instrument ontwikkeld dat ruis op kwantumniveau aanzienlijk vermindert, waardoor het vermogen van experimenten om zwaartekrachtgolven te spotten tot nu toe beperkt is. Aangenomen wordt dat botsingen tussen massieve zwarte gaten en sterren deze rimpelingen in de ruimte-tijd veroorzaken die voor het eerst werden gedetecteerd in 2015. In totaal ongeveer 11 detecties zijn tot nu toe volledig bevestigd.

Het apparaat markeert een belangrijke verbetering van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, of LIGO, het detectiebereik met 15% vergroten. Omdat de lucht een bol is, wetenschappers verwachten ongeveer 50% meer zwaartekrachtsgolven te kunnen detecteren. Ze voorspellen nu dat ze tientallen van deze zelden gedetecteerde gebeurtenissen zullen vangen tijdens het lopende experiment van LIGO, dat loopt tot april 2020, die hun begrip van de verschijnselen zouden kunnen veranderen. De samenwerking publiceerde hun bevindingen vandaag in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

"Dit is echt het keerpunt, omdat we nu echt statistieken kunnen maken" met al deze detecties, zei Lisa Barsotti, een MIT-astrofysicus en een van de wetenschappers die de inspanning leidde. "Daarom wordt het een nieuw tijdperk in de astronomie van zwaartekrachtgolven."

LIGO's detectoren in Hanford, Washington en Livingston, Louisiana onthult een inkomende zwaartekrachtgolf met behulp van gigantische interferometers. Het gaat hierbij om lasers die tegen spiegels weerkaatsen en langs twee L-vormige armen van 4 kilometer lang reizen. Een zwaartekrachtgolf spant de armen zodat het paar laserstralen uit fase raakt.

Maar het vermogen van natuurkundigen om zo'n klein signaal te detecteren wordt beperkt door schijnbaar onoverkomelijke kwantumruis. door willekeurige fluctuaties die de aankomsttijd van fotonen enigszins moduleren, de kleinste kwantumbits laserlicht. Om dat te verhelpen, Barsotti en haar collega's gebruiken een kwantumpers, " een kristal in de holte van de armen van de interferometer dat de interacties tussen de laser en het kwantumvacuüm manipuleert en kleinere fluctuaties tussen de fotonen veroorzaakt.

De prestatie bracht expertise in kwantumfysica en astrofysica samen en maakt gevoeligere detecties mogelijk van zwarte gaten en extreem dichte neutronensterren wanneer ze tegen elkaar botsen. Andere botsende objecten, zoals supernova-explosies en meer typische sterren, zwaartekrachtgolven creëren die nog te klein zijn om met de huidige technologieën te onderscheiden.

Soortgelijke kwantumknijpapparaten worden ook getest door LIGO's Europese tegenhangers in Advanced Virgo, met behulp van detectoren die in Noord-Italië zijn gebouwd. Barsotti voorspelt dat quantum geperst licht de standaard zal worden voor alle detectoren van de volgende generatie, zoals de voorgestelde Cosmic Explorer, die wapens zou hebben die zich 40 kilometer op de grond uitstrekken, de gevoeligheid ervan verder te vergroten.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Inside Science. Lees hier het originele verhaal. Gebruikt met toestemming. Inside Science is een redactioneel onafhankelijke nieuwsdienst van het American Institute of Physics.