I rilevatori di onde gravitazionali hanno aperto una nuova finestra sull'universo misurando le increspature nello spaziotempo prodotte dalla collisione di buchi neri e stelle di neutroni, ma alla fine sono limitati dalle fluttuazioni quantistiche indotte dalla luce riflessa dagli specchi. LSU dottorato di ricerca L'allievo di fisica Jonathan Cripe e il suo team di ricercatori della LSU hanno condotto un nuovo esperimento con scienziati di Caltech e Thorlabs per esplorare un modo per annullare questa retroazione quantistica e migliorare la sensibilità del rivelatore.

In un nuovo giornale in Revisione fisica X , i ricercatori presentano un metodo per rimuovere la retroazione quantistica in un sistema semplificato utilizzando uno specchio delle dimensioni di un capello umano e mostrano che il movimento dello specchio è ridotto in accordo con le previsioni teoriche. La ricerca è stata sostenuta dalla National Science Foundation.

Nonostante l'utilizzo di specchi da 40 chilogrammi per rilevare le onde gravitazionali in transito, le fluttuazioni quantistiche della luce disturbano la posizione degli specchi quando la luce viene riflessa. Poiché i rilevatori di onde gravitazionali continuano a diventare più sensibili con aggiornamenti incrementali, questa retroazione quantistica diventerà un limite fondamentale alla sensibilità dei rivelatori, ostacolando la loro capacità di estrarre informazioni astrofisiche dalle onde gravitazionali.

"Vi presentiamo un banco di prova sperimentale per studiare ed eliminare la retroazione quantistica, " ha detto Cripe. "Eseguiamo due misurazioni della posizione di un oggetto macroscopico il cui movimento è dominato dalla retroazione quantistica e mostriamo che apportando un semplice cambiamento nello schema di misurazione, possiamo rimuovere gli effetti quantistici dalla misurazione dello spostamento. Sfruttando le correlazioni tra la fase e l'intensità di un campo ottico, la retroazione quantistica viene eliminata."

Garrett Cole, responsabile della tecnologia presso Thorlabs Crystalline Solutions (Crystalline Mirror Solutions è stata acquisita da Thorlabs Inc. lo scorso anno), e il suo team hanno costruito gli specchi micromeccanici da un multistrato epitassiale costituito da GaAs e AlGaAs alternati. Una fonderia esterna, IQE North Carolina, è cresciuto la struttura cristallina mentre Cole e il suo team, compresi gli ingegneri di processo Paula Heu e David Follman, prodotto i dispositivi presso l'impianto di nanofabbricazione dell'Università della California a Santa Barbara.

"Eseguendo questa misurazione su uno specchio visibile ad occhio nudo, a temperatura ambiente e a frequenze udibili dall'orecchio umano, avviciniamo i sottili effetti della meccanica quantistica al regno dell'esperienza umana, ", ha dichiarato Torrey Cullen, candidata al dottorato di ricerca della LSU. "Calmando il sussurro quantico, ora possiamo ascoltare le note più sottili della sinfonia cosmica."

"Questa ricerca è particolarmente opportuna perché il Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, o LIGO, ha appena annunciato il mese scorso su Nature di aver visto gli effetti del rumore della pressione delle radiazioni quantistiche presso l'osservatorio LIGO Livingston, "ha detto Thomas Corbitt, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della LSU.

Lo sforzo dietro quella carta, "Le correlazioni quantistiche tra la luce e gli specchi chilogrammo-massa di LIGO, " è stato condotto da Nergis Mavalvala, preside della MIT School of Science, così come lo studioso postdottorato Haocun Yu e il ricercatore Lee McCuller, entrambi al MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

"Il rumore della pressione delle radiazioni quantistiche sta già spuntando dal rumore di fondo in Advanced LIGO, e in poco tempo, sarà una fonte di rumore limitante nei rivelatori GW, " Disse Mavalvala. "Osservazioni astrofisiche più profonde saranno possibili solo se riusciamo a ridurle, e questo bellissimo risultato del gruppo Corbitt alla LSU dimostra una tecnica per fare proprio questo."