Tuttavia, il rilevamento delle onde gravitazionali che emergono dai resti post-fusione è rimasto sfuggente a causa della loro gamma di frequenze che si trova al di fuori della portata dei moderni rilevatori di onde gravitazionali (GWD). Queste onde sfuggenti contengono importanti informazioni sulla struttura interna delle stelle di neutroni e poiché queste onde possono essere osservate una volta ogni pochi decenni dai moderni GWD, c'è un urgente bisogno di GWD di prossima generazione.

Un modo per migliorare la sensibilità dei GWD è l'amplificazione del segnale utilizzando una molla ottica. Le molle ottiche, a differenza delle loro controparti meccaniche, sfruttano la forza della pressione di radiazione della luce per imitare il comportamento di una molla. La rigidità delle molle ottiche, come nei GWD, è determinata dalla potenza luminosa all'interno della cavità ottica. Pertanto, il miglioramento della frequenza di risonanza delle molle ottiche richiede un aumento della potenza luminosa all'interno della cavità che, tuttavia, può provocare effetti termicamente dannosi e impedire il corretto funzionamento del rilevatore.

Per risolvere questo problema, un team di ricercatori giapponesi, guidato dal professore associato Kentaro Somiya e dal dottor Sotatsu Otabe del Dipartimento di fisica della Tokyo Tech, ha sviluppato una soluzione innovativa:la molla ottica potenziata da Kerr.

"Un metodo promettente per migliorare l'impatto delle molle ottiche senza aumentare la potenza intracavità è l'amplificazione del segnale intracavità. Questa tecnica migliora il rapporto di amplificazione del segnale della cavità utilizzando effetti ottici non lineari e migliora la costante ottica della molla. La nostra ricerca ha rivelato che l'effetto ottico L'effetto Kerr è un approccio promettente per utilizzare con successo questa tecnica," spiega il prof. Somiya.

I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters .

Questo progetto prevede la generazione di un effetto di amplificazione del segnale intracavità in una cavità optomeccanica di tipo Fabry-Perot inserendo un mezzo Kerr. Il mezzo Kerr induce un effetto Kerr ottico nella cavità, in cui un campo ottico modifica l'indice di rifrazione del mezzo. Ciò introduce un drastico gradiente della forza di pressione della radiazione nella cavità, migliorando la costante elastica ottica senza aumentare la potenza intracavità.

Gli esperimenti hanno rivelato che l'effetto ottico Kerr aumenta con successo la costante elastica ottica di un fattore di 1,6. La frequenza di risonanza della molla ottica è stata aumentata da 53 Hz a 67 Hz. I ricercatori prevedono un rapporto di amplificazione del segnale ancora maggiore con il perfezionamento delle questioni tecniche.

"Il progetto proposto è facile da implementare e fornisce un nuovo parametro sintonizzabile per i sistemi optomeccanici. Riteniamo che la tecnica dimostrata svolgerà un ruolo chiave non solo nei GWD ma anche in altri sistemi optomeccanici, come nel raffreddamento degli oscillatori macroscopici al loro stato fondamentale quantistico ," afferma il dottor Otabe.

Nel complesso, questo nuovo design della molla ottica rappresenta un passo avanti significativo verso lo sfruttamento dell'intero potenziale dei sistemi optomeccanici e dei GWD potenziati in grado di svelare i misteri del nostro universo.