La sorgente di luce compressa GEO600 (in primo piano) all'interno della camera bianca GEO600 insieme ai serbatoi sottovuoto (sullo sfondo).. Credito:H.Grote/Max Planck Institute for Gravitational Physics
Il rilevamento delle onde gravitazionali di Einstein si basa su misurazioni laser altamente precise di piccole variazioni di lunghezza. I rivelatori chilometrici della rete internazionale (GEO600, LIGO, Vergine) sono così sensibili da essere fondamentalmente limitati da minuscoli effetti quantomeccanici. Questi causano un rumore di fondo che si sovrappone ai segnali delle onde gravitazionali. Questo rumore è sempre presente e non può mai essere completamente rimosso. Ma si possono cambiare le sue proprietà - con un processo chiamato spremitura, fino ad oggi utilizzato solo di routine su GEO600, in modo tale da interferire meno con la misurazione. Ora, I ricercatori di GEO600 hanno ottenuto una spremitura migliore che mai. Questo apre nuove strade per migliorare la rete internazionale di rivelatori nelle prossime sessioni di osservazione ed è un passo fondamentale per i rivelatori di terza generazione come il telescopio Einstein.
Un meraviglioso nuovo record
Il team del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) e della Leibniz Universität Hannover ha raggiunto un livello di compressione di 5,7 dB e quindi ha soppresso il rumore di fondo quantistico di un fattore quasi due. Rispetto a un rilevatore senza spremitura, questo aumenta il volume osservabile dell'universo di un fattore sette.
Il team di ricerca ha impiegato componenti ottici di nuova concezione e ha messo a punto la configurazione ottica della sorgente di luce compressa e il modo in cui è accoppiata al rilevatore.
"Con l'attuale fase di aggiornamento dell'interfaccia completata, siamo stati in grado di iniziare ad ottimizzare e caratterizzare completamente il sistema regalandoci questo meraviglioso nuovo record di spremitura, migliorare la nostra sensibilità alle frequenze importanti per comprendere la fisica delle stelle di neutroni, "dice il dottor James Lough, scienziato capo per GEO600.
Lavoro pionieristico presso GEO600
"Il team di GEO600 ha aperto la strada all'uso dello squeezing nella comunità internazionale delle onde gravitazionali. Diverse generazioni di studenti di dottorato di GEO600 insieme agli esperti di squeezing dell'AEI hanno reso possibile questa svolta, " spiega il dottor Christoph Affeldt, Responsabile operativo GEO600.
Misurazioni del rumore di fondo GEO600. L'asse trasversale mostra la frequenza, l'asse verticale la forza del rumore a queste frequenze. Più basse sono le curve, meno rumore è presente e migliori sono le onde gravitazionali che possono essere misurate. La curva rossa mostra il rumore senza la sorgente di luce schiacciata, la curva blu mostra il rumore con la sorgente di luce schiacciata. I miglioramenti si verificano principalmente a frequenze superiori a diverse centinaia di Hertz, dove sono attesi segnali di onde gravitazionali dalle stelle di neutroni.. Credito:Max Planck Institute for Gravitational Physics
Il rilevatore di onde gravitazionali tedesco-britannico GEO600 vicino ad Hannover utilizza abitualmente una sorgente di luce compressa dal 2010 ed è stato l'unico strumento al mondo a farlo. La sorgente luminosa su misura per GEO600 è stata sviluppata e realizzata presso l'AEI.
Insieme ai colleghi dell'AEI, il team di GEO600 ha lavorato continuamente per migliorare l'integrazione dello "spremiagrumi" nel rilevatore. Questo è fondamentale a causa della natura fragile della luce schiacciata:anche una piccolissima perdita di essa nel suo percorso nel rivelatore limita il possibile aumento della sensibilità del GEO600. Perciò, molti piccoli miglioramenti possono portare a grandi guadagni di sensibilità.
Spremere nella prossima corsa di osservazione O3
La sensibilità di tutti i futuri rivelatori di onde gravitazionali interferometriche sarà aumentata attraverso l'uso di simili sorgenti di luce compressa. Nella prossima corsa di osservazione comune O3 prevista per l'inizio del 2019, sia gli strumenti LIGO che il rilevatore Virgo utilizzeranno la luce compressa. Lo spremiagrumi Virgo è una versione più recente di quello sviluppato per GEO600 e in prestito permanente dall'AEI.
"Per i futuri rivelatori di terza generazione come il telescopio europeo Einstein sono necessari livelli di compressione ancora più elevati. Con questo nuovo straordinario record al GEO600, ora siamo pronti per perfezionare questa tecnologia e affrontare le prossime sfide sulla strada per il telescopio Einstein, " afferma il prof. Karsten Danzmann, direttore dell'AEI e direttore dell'Istituto di Fisica Gravitazionale della Leibniz Universität Hannover.
