I fisici hanno sviluppato con successo un nuovo strumento che riduce significativamente il rumore a livello quantistico che ha finora limitato la capacità degli esperimenti di individuare le onde gravitazionali. Si pensa che le collisioni tra buchi neri massicci e stelle generino queste increspature nello spazio-tempo che sono state rilevate per la prima volta nel 2015. In tutto, circa 11 rilevamenti sono stati completamente confermati finora.

Il dispositivo segna un importante miglioramento per l'Osservatorio sull'onda gravitazionale dell'interferometro laser, o LIGO, aumentando il raggio di rilevamento del 15%. Poiché il cielo è una sfera, gli scienziati si aspettano di essere in grado di rilevare circa il 50% in più di onde gravitazionali. Ora prevedono che cattureranno dozzine di questi eventi raramente rilevati durante l'esperimento in corso di LIGO fino ad aprile 2020, che potrebbe trasformare la loro comprensione dei fenomeni. La collaborazione ha pubblicato oggi i risultati sulla rivista Lettere di revisione fisica .

"Questo è davvero il punto di svolta, perché ora possiamo davvero fare statistiche" con tutti questi rilevamenti, disse Lisa Barsotti, un astrofisico del MIT e uno degli scienziati a capo dello sforzo. "Ecco perché sta diventando una nuova era nell'astronomia delle onde gravitazionali".

I rilevatori di LIGO a Hanford, Washington e Livingston, La Louisiana rivela un'onda gravitazionale in arrivo utilizzando interferometri giganti. Si tratta di laser che rimbalzano sugli specchi e viaggiano lungo due bracci a forma di L lunghi 4 chilometri. Un'onda gravitazionale sollecita i bracci in modo che la coppia di raggi laser diventi fuori fase.

Ma la capacità dei fisici di rilevare un segnale così piccolo è limitata dal rumore quantistico apparentemente insormontabile, a causa di fluttuazioni casuali che modulano leggermente il tempo di arrivo dei fotoni, i più piccoli bit quantici di luce laser. Per rimediare a ciò, Barsotti e i suoi colleghi usano uno "spremiagrumi" quantistico, "un cristallo nella cavità dei bracci dell'interferometro che manipola le interazioni tra il laser e il vuoto quantistico e produce fluttuazioni minori tra i fotoni.

Il risultato ha riunito competenze in fisica quantistica e astrofisica e consente rilevamenti più sensibili di buchi neri e stelle di neutroni estremamente densi mentre si scontrano l'uno con l'altro. Altri oggetti in collisione, come esplosioni di supernova e stelle più tipiche, creare onde gravitazionali che sono ancora troppo piccole per essere individuate con le attuali tecnologie.

Dispositivi di spremitura quantistica simili sono stati testati anche dalle controparti europee di LIGO in Advanced Virgo, utilizzando rilevatori costruiti nel nord Italia. Barsotti prevede che la luce quantistica compressa diventerà lo standard per tutti i rivelatori di prossima generazione, come il proposto Cosmic Explorer, che avrebbe braccia che si estendono a terra per 40 chilometri, aumentando ulteriormente la sua sensibilità.

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