La ricerca continua per rilevare le prime prove delle onde gravitazionali che viaggiano intorno al cosmo. Se un'onda gravitazionale dovesse attraversare il volume dello spazio-tempo che circonda la Terra, in teoria il raggio laser rileverà un piccolo cambiamento mentre l'onda che passa altera leggermente la distanza tra gli specchi. Vale la pena notare che questo leggero cambiamento sarà piccolo; così piccolo infatti che LIGO è stato progettato per rilevare una fluttuazione della distanza inferiore a un millesimo della larghezza di un protone. Questo è impressionante, ma potrebbe essere migliore. Ora gli scienziati pensano di aver trovato un modo per aumentare la sensibilità di LIGO; usa le strane proprietà quantistiche del fotone per "spremere" il raggio laser in modo da ottenere un aumento della sensibilità ...
LIGO è stato progettato da collaboratori del MIT e Caltech per cercare prove osservazionali delle onde gravitazionali teoriche. Si pensa che le onde gravitazionali si propagino in tutto l'Universo mentre oggetti enormi disturbano lo spazio-tempo. Ad esempio, se due buchi neri si scontrassero e si fondessero (o si scontrassero e si facessero esplodere l'uno dall'altro), la teoria della relatività generale di Einstein prevede che un'ondulazione verrà inviata attraverso il tessuto dello spazio-tempo. Per dimostrare l'esistenza delle onde gravitazionali, è stato necessario costruire un tipo di osservatorio totalmente diverso, non per osservare le emissioni elettromagnetiche dalla sorgente, ma per rilevare il passaggio di queste perturbazioni che viaggiano attraverso il nostro pianeta. LIGO è un tentativo di misurare queste onde e, con un costo di allestimento enorme di $ 365 milioni, c'è un'enorme pressione affinché la struttura possa scoprire la prima onda gravitazionale e la sua fonte (per ulteriori informazioni su LIGO, vedere "Ascolto" delle onde gravitazionali per rintracciare i buchi neri). Purtroppo, dopo diversi anni di scienza, nessuno è stato trovato. È perché non ci sono onde gravitazionali là fuori? O semplicemente LIGO non è abbastanza sensibile?
Gli scienziati di LIGO rispondono rapidamente alla prima domanda: è necessario più tempo per raccogliere un periodo più lungo di dati (prima che vengano rilevate le onde gravitazionali è necessario più tempo di esposizione). Vi sono anche forti ragioni teoriche per cui dovrebbero esistere onde gravitazionali. La seconda domanda è qualcosa che gli scienziati statunitensi e australiani sperano di migliorare; forse LIGO ha bisogno di un aumento della sensibilità.
Per rendere più sensibili i rilevatori di onde gravitazionali, Nergis Mavalvala, leader di questa nuova ricerca e fisico del MIT, si è concentrato sul piccolo per aiutare a rilevare il grande. Per comprendere ciò che i ricercatori sperano di ottenere, è necessario un brevissimo corso intensivo di "confusione" quantistica.
Rivelatori come LIGO dipendono da una tecnologia laser ad alta precisione per misurare le perturbazioni nello spazio-tempo. Mentre le onde gravitazionali viaggiano attraverso l'Universo, causano piccoli cambiamenti nella distanza tra due posizioni nello spazio (lo spazio viene effettivamente "deformato" da queste onde). Sebbene LIGO abbia la capacità di rilevare una perturbazione inferiore a un millesimo della larghezza di un protone, sarebbe fantastico se si acquisisse ancora più sensibilità. Sebbene i laser siano intrinsecamente precisi e molto sensibili, i fotoni laser sono ancora governati dalla dinamica quantistica. Man mano che i fotoni laser interagiscono con l'interferometro, esiste un certo grado di sfocatura quantistica, il che significa che il fotone non è un pin-point acuto, ma leggermente sfocato dal rumore quantico. Nel tentativo di ridurre questo rumore, Mavalvala e il suo team sono stati in grado di "spremere" i fotoni laser.
I fotoni laser possiedono due quantità: fase e ampiezza. La fase descrive la posizione dei fotoni nel tempo e l'ampiezza descrive il numero di fotoni nel raggio laser. In questo mondo quantico, se l'ampiezza del laser viene ridotta (eliminando parte del rumore); le incertezze quantistiche nella fase laser aumenteranno (aggiungendo del rumore). È questo compromesso su cui si basa questa nuova tecnica di spremitura. Ciò che è importante è la precisione nella misurazione dell'ampiezza, non della fase, quando si cerca di rilevare un'onda gravitazionale con i laser.
Si spera che questa nuova tecnica possa essere applicata alla struttura LIGO multimilionaria, aumentando eventualmente la sensibilità di LIGO del 44%.
“Il significato di questo lavoro è che ci ha costretti ad affrontare e risolvere alcune delle sfide pratiche dell'iniezione di stato schiacciata ... e ce ne sono molte. Ora siamo in una posizione molto migliore per implementare la compressione nei rivelatori su scala di chilometri e catturare quell'onda elusiva gravitazionale“. - Nergis Mavalvala.
Fonte: Physorg.com
