新概念改善了引力波探测器

Albert Einstein研究所新量子测量方案的实验实现的一部分。

物理学家已经开发出一种新的概念来提高引力波探测器的敏感性。

激光干涉仪检测高精度的微小距离变化。杂散光降低并限制了这些仪器的测量精度。汉诺威艾伯特爱因斯坦研究所的研究人员现在首次示出了如何使用具有定制量子特性的激光来区分测量信号和杂散光线。新颖的测量概念避免了Heisenberg的不确定性原理，可以增强Geo600等重力波检测器的精度或美国的紧密合作的先进利戈（Aligo）探测器。

Albert Einstein Institute（AEI; LeibnizUniversität汉诺威和最大Planck物理学研究所）的科学家在汉诺威汉诺威狩猎难以捉摸的引力波 - 从爱因斯坦的一般相对论理论的预测。他们的第一个方向检测将为我们的宇宙开辟一个新窗口，并迎来引力波天文的时代。AEI研究人员的目的，使用汉诺威，德国附近的GEO600等探测器来检测这些微小的时空涟漪。这些探测器使用激光来测量通过引力波引起的微小距离变化。因此，对那些激光器的持续改进和杂散激光等扰动的最小化具有重要意义。

现在，AEI物理学家首次创建了具有量身定制的量子特性的激光。它甚至使他们能够规避Heisenberg的不确定性原则，这通常限制测量的准确性。“通过使用我们的新方法，我们可以显着降低引力波检测器中的杂散光引起的扰动。Geo600将敏感地倾听引力波浪。经过成功的整合到GEO600之后，我们可以使技术可用于Gravitational-Wave Visientatories的全球网络，“Quantum干涉测量工作组的领导者和在研究区域的AEI和参与科学家挤出光线”量子“传感器“在任务卓越集群中。

纠缠灯在汉诺威开发的新测量方法中起主要作用。根据Heisenberg的不确定原理，没有同时测量一对量子机械性能以任意精确度。对于粒子，这适用于位置和动量，而对于光波，这适用于幅度和相位。

到目前为止，AEI科学家在GEO600中使用所谓的挤压激光。它们减少（挤压）在光的任一相或幅度中的不确定性。这是在其他财产上增加不确定性的成本。因此，可以更精确地测量相位或幅度。“挤压灯是我们的首选仪器，适用于基于激光的精确测量，只使用一个量子的光线。但我们想知道是否存在隐藏在其他变量中的有用信息，“Schnabel说。

因此，研究人员应用了另一个伎俩。通过叠加两个挤压的激光束，它们创造了两个新的激光束，这是机械缠绕的量子。其中一个光束用于执行精度测量，另一个光束用作参考光束。通过比较测量和参考光束，科学家们现在可以通过降低的不确定性来确定相位和幅度。这允许它们检测两个变量中的微小变化。

“我们现在可以首次突出的不确定性原则，因为我们在自然光子学研究中发表的研究中，Sebastian Steinlechner解释说，我们可以测量相对于纠缠的参考系统的所有变量。他是Schnabel集团的博士学生，在合作研究中心/ Transrogio 7中。

以这种方式，物理学家抑制了检测器中激光杂散光的干扰。甚至单激光光子抛出，误入歧可以与测量信号保持密不可分割，并扭曲结果。新方法现在使激光在激光中的相位和幅度变化更加精确和独立测量。使用该分裂成两个独立的组件，可以在测量期间立即识别杂散光。受影响的数据从进一步的分析中消除，从而提高了最终结果的精度。

引力波检测器GEO600可以是新颖概念的第一个应用。所需技术已在探测器现场使用两年，并已证明自己。自2011年以来，通过使用挤压的激光，干涉式检测器GEO600的测量精度已经增加了50％。

然而，探测器的灵敏度只能使用挤压光来增加。最终，只有在沿着杂散光线沿着沿着杂散光线才能进一步增加它。物理学家相信它们将通过它们的新方法减少这种干扰，从而提高重力波的首次直接检测的可能性。

出版物：Steinlechner，S.，Bauchrowitz，J.，Meinders，M.，Müller-Ebhardt，H.，Danzmann，K.Nund Schnabel，R.，“量子密集的计量学”，自然光子学，（2013）; DOI：10.1038 / nphoton.2013.150

图像：阿尔伯特爱因斯坦研究所汉诺威