物理学家已经成功地开发出一种新仪器，该仪器可以显着降低量子水平上的噪声，到目前为止，量子水平上的噪声限制了实验和发现引力波的能力。大质量黑洞和恒星之间的碰撞，被认为是在2015年首次探测到时空中产生的这些涟漪。到目前为止，总共有大约11起探测得到充分确认。新设备标志着对激光干涉仪引力波天文台(LIGO)的重大改进，将其探测范围增加了15%，由于天空是球体，科学家们预计能够探测到大约50%的引力波。
科学家们现在预测，在LIGO正在进行的实验持续到2020年4月期间，将捕捉到数十个这种很少被检测到的事件，这可能会改变对这些现象的理解，该合作研究小组现在在《物理评论快报》上发表了其发现。领导这项工作的科学家之一、麻省理工学院天体物理学家丽莎·巴索蒂(Lisa Barsotti)说：这真的是一个转折点，因为现在我们真的可以通过所有这些探测来进行统计了”，这就是为什么它正在成为引力波天文学新纪元的原因。
LIGO位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的探测器，使用巨型干涉仪显示了一种传入的引力波。其中包括激光从镜子上反弹，并沿着两个4公里长的L型手臂行进。引力波使两臂产生拉力，因此这对激光束变得不同相位。但物理学家探测如此微小信号的能力，受到看似不可逾越的量子噪声限制，因为随机波动略微调制了光子的到达时间，光子是激光中最小的量子比特。为了弥补这一点，Barsotti和同事们使用了量子“压缩器”，这是一种位于干涉仪手臂腔内的晶体。
可以操纵激光和量子真空之间的相互作用，并在光子之间产生较小的波动。这项成就汇集了量子物理和天体物理方面的专业知识，并使科学家们能够在黑洞和密度极高的中子星相互碰撞时，进行更灵敏的探测。其他碰撞天体，如超新星爆炸和更典型的恒星，产生的引力波仍然太小，用目前的技术无法分辨出来。室女座也在使用意大利北部建造的探测器，测试类似的量子压缩设备，量子压缩光将成为所有下一代探测器的标准。
比如拟议中的宇宙探测器，它的臂将在地面上伸展40公里，进一步提高其灵敏度。自2015年以来，激光干涉仪引力波天文台(LIGO)一直在直接探测来自双星合并的引力波，研究利用先进的LIGO H1和L1探测器首次使用压缩真空态直接测量引力波。这一成就是几十年来在引力波探测器中实现压缩态研究的顶峰。在正在进行的O3观测运行期间，压缩态将LIGO干涉仪对50 Hz以上信号的灵敏度提高了高达3dB，从而将预期检测率提高了40%(H1)和50%(L1)。
博科园｜研究/来自：美国物理研究所
参考期刊《物理评论快报》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.231107
博科园｜科学、科技、科研、科普
