Исследователи из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) использовали инфраструктуру бывшей TAMA 300 детектор гравитационных волн в Митака, Токио, для демонстрации новой техники снижения квантовых шумов в детекторах. Этот новый метод увеличит чувствительность детекторов, составляющих объединенную всемирную сеть гравитационных волн, позволяя им наблюдать более слабые волны.
Когда начались наблюдения в 2000, ТАМА 300 была одной из первых в мире крупных интерферометрические детекторы гравитационных волн. В то время ТАМА 300 имела самую высокую в мире чувствительность, устанавливая верхний предел силы гравитации. волновые сигналы; но первое обнаружение реальных гравитационных волн было сделано 15 спустя годы 2015 от LIGO. С тех пор технология детекторов улучшилась до такой степени, что современные детекторы наблюдают несколько сигналов в месяц. Научные результаты, полученные из этих наблюдений, уже впечатляют, и в ближайшие десятилетия ожидается еще много. TAMA 300 больше не участвует в наблюдениях, но все еще используется в качестве испытательного стенда для новых технологий для улучшения других детекторы.
Чувствительность существующих и будущих детекторов гравитационных волн ограничена практически на всех частотах квантовым шумом вызвано влиянием вакуумных колебаний электромагнитных полей. Но даже этот свойственный квантовый шум можно обойти. Можно манипулировать колебаниями вакуума, чтобы перераспределить квантовые неопределенности, уменьшая один тип шума за счет увеличения другого, менее обструктивного типа шума. Этот метод, известный как вакуумное сжатие, уже был реализован в детекторах гравитационных волн, что значительно повышает их чувствительность к высокочастотным гравитационным волнам. Но оптомеханическое взаимодействие между электромагнитным полем и зеркалами детектора приводит к изменению эффекта сжатия вакуума в зависимости от частоты. Таким образом, на низких частотах вакуумное сжатие увеличивает неправильный тип шума, фактически снижая чувствительность.
Чтобы преодолеть это Ограничение и снижение уровня шума на всех частотах. Команда из NAOJ, состоящая из членов внутреннего научного проекта по гравитационной волне и сотрудничества KAGRA (но также включая исследователей коллабораций Virgo и GEO), недавно продемонстрировала выполнимость известного метода. как частотно-зависимое сжатие вакуума на частотах, полезных для детекторов гравитационных волн. Поскольку сам детектор взаимодействует с электромагнитными полями по-разному в зависимости от частоты, команда использовала инфраструктуру бывшей ТАМА 300 детектор для создания поля, которое само варьируется в зависимости от частоты. Нормальное (независимое от частоты) сжатое вакуумное поле отражается от оптического резонатора 300 метров, так что запечатлена частотная зависимость, которая способна противодействовать оптомеханическому эффекту интерферометра.
Этот метод позволит улучшенная чувствительность на высоких и низких частотах одновременно. Это важный результат, демонстрирующий ключевую технологию для повышения чувствительности будущих детекторов. Ожидается, что его реализация, запланированная как краткосрочная модернизация, наряду с другими улучшениями, удвоит диапазон наблюдения детекторов второго поколения.
Эти результаты будут отображаться как Zhao Y., et al. «Частотно-зависимый сжатый вакуумный источник для снижения широкополосного квантового шума в современных детекторах гравитационных волн» в Письмах Физического Обзора в апреле 28, 2020. Аналогичный результат был получен группой в MIT с использованием 16 – m полости фильтра, и две статьи будут опубликованы совместно.