Фізики підвели підсумки використання стисненого стану світла для зменшення шумів при пошуку злиттів чорних дір і нейтронних зірок. Поліпшення використовувалося практично весь час з початку третього наглядової етапу (з 1 квітня 2019), що дозволило збільшити темп реєстрацій приблизно на 40 і 50 відсотків для американських установок LIGO і на 20 відсотків для європейської Virgo, йдеться в парі статей в журналі Physical Review Letters.
Швидкі прискорені руху масивних тіл породжують помітні гравітаційні хвилі - періодичні коливання простору-часу, існування яких випливає із загальної теорії відносності Ейнштейна. Для пошуку таких сигналів було запропоновано безліч ідей, але реальної реєстрації вдалося досягти тільки з використанням гравітаційних антен, які представляють собою великі лазерні інтерферометри, що реєструють відносну затримку в часі руху світла за різними напрямками.
Сьогодні в світі працює п'ять основних гравітаційних антен: пара американських установок LIGO, європейська Virgo, японська KAGRA і німецька GEO600. Остання володіє недостатнім розміром, що не дозволяє їй фіксувати реальні події, але її використовують для відпрацювання нових технологій.
Одне з таких нововведень - стислий світло. Це квантове явище дозволяє «перерозподілити» фундаментальні неточності у визначенні параметрів світла, пов'язаних з принципом Гейзенберга. У контексті пошуку гравітаційних хвиль більш важливим параметром виявляється фаза фотона, а його амплітуда - вторинна. Отже, застосовуваний стислий світло роблять зі зниженою невизначеністю фази і збільшеним розкидом амплітуд. Це дозволяє поліпшити параметри установок, так як зменшує дробовий шум рахунку фотонів.
У парі робіт співробітники Virgo і LIGO відзвітували про результати застосування стисненого світла на практиці. Нововведення застосовувалося 99 відсотків часу роботи установок протягом поточного наглядової періоду і дозволило звузити розподіл часів парафій фотонів, тобто зменшити розкид часу їх приходу. Це, в свою чергу, позитивно позначилося на характеристиках установок. Чутливість збільшилася на 2-3 децибел, що відповідає збільшенню розміру області Всесвіту, в якій можна зафіксувати злиття двох нейтронних зірок на 5-14 відсотків до приблизно 140 мегапарсек.
Існують різні методи боротьби з дробовим шумом рахунку фотонів. Найбільш прямолінійним буде збільшення статистики, тобто, фактично, підвищення потужності використовуваних лазерів. Фізики пишуть, що для подібного приросту точності можна було б домогтися зусиллям лазерів на 65-85 відсотків, що не тільки недоступно для встановлених сьогодні генераторів світла, але також призведе до зростання інших джерел шумів, в тому числі пов'язаних з нагріванням і тиском випромінювання.
Ефект стиснення світла на потужність шумів залежить від частотного діапазону. Найбільш значне поліпшення спостерігається для високих частот, а на найнижчих, в яких інші джерела шумів домінують, сумарна ефективність антени може навіть злегка погіршитися.
Однак саме високі частоти найбільш чутливі до напрямку на джерело гравітаційної хвилі, що збільшує ймовірність успішного спостереження «звичайного» електромагнітного сигналу від об'єкта.
Раніше квантовий шум гравітаційних антен вперше відтворили при кімнатній температурі, а японська установка KAGRA приєдналася до глобальної мережі гравітаційних антен. Також в рамках поточного наглядової сеансу вперше вдалося зафіксувати злиття нейтронної зірки і чорної діри.
Тимур Кешелава https: // nplus1. ru /.
Ключові слова:.