物理学家开发了一种提高引力波探测器灵敏度的方法

引力波探测器通过测量黑洞和中子星碰撞产生的时空涟漪，为宇宙打开了一扇新的窗口，但它们最终受到光线从镜子反射产生的量子涨落的限制。路易斯安那州立大学物理学博士校友乔纳森·克里普(Jonathan Cripe)和他的路易斯安那州立大学研究团队与加州理工学院和Thorlabs的科学家进行了一项新的实验，以探索一种消除这种量子反作用并提高探测器灵敏度的方法。在“物理评论X”(Physical Review X)的一篇新论文中，研究人员提出了一种方法，可以使用人类头发大小的镜子来消除简化系统中的量子反作用，并表明镜子的运动减少了，与理论预测一致。这项研究得到了国家科学基金的支持。

尽管使用40公斤重的镜子来检测通过，但当光线被反射时，光线会干扰镜子的位置。随着增量升级继续变得更加灵敏，这种量子反向作用将成为探测器灵敏度的根本限制，阻碍它们从引力波中提取天体物理信息的能力。

克里普说：“我们提供了一个实验试验台，用于研究和消除量子反作用。”我们对运动受量子反作用力支配的宏观物体的位置进行了两次测量，结果表明，通过对测量方案进行简单的改变，我们可以从位移测量中去掉。通过利用光场的相位和强度之间的相关性，消除了量子反作用力。

Thorlabs Crystal Solutions(Crystal Mirror Solutions被Thorlabs Inc.收购)技术经理加勒特·科尔(Garrett Cole)。去年)，和他的团队用交替的GaAs和AlGaAs组成的外延多层膜建造了微机械反射镜。一家名为IQE North Carolina的外部铸造厂发展起来，而Cole和他的团队，包括工艺工程师Paula HEU和David Follman，在加州大学圣巴巴拉分校的纳米制造设施制造了这些设备。

路易斯安那州立大学博士生托里·卡伦(Torrey Cullen)说，通过在肉眼可见的镜子上进行这项测量-在室温下，以人耳可以听到的频率-我们使量子力学的微妙效应更接近人类经验的领域，#34；路易斯安那州立大学博士生托里·卡伦(Torrey Cullen)说。通过让量子耳语安静下来，我们现在可以听到宇宙交响乐更微妙的音符。

路易斯安那州立大学物理与天文学系副教授托马斯·科比特(Thomas Corbitt)说，这项研究特别及时，因为激光干涉仪引力波天文台(LIGO)上个月刚刚在“自然”(Nature)上宣布，他们在LIGO利文斯顿天文台看到了量子辐射压力噪声的影响。

这篇名为“光与LIGO千克质量反射镜之间的量子关联”的论文背后的工作由麻省理工学院院长内尔吉斯·马瓦尔瓦拉(Nergis Mavalvala)以及麻省理工学院天体物理和空间研究所(MIT Kavli Institute For AstroPhysical And Space Research)的博士后学者余浩存和研究科学家李·麦卡勒(Lee McCuller)领导。

Mavalvala说，量子辐射压力噪声已经从Advanced LIGO的噪声地板中探出，不久之后，它将成为GW探测器的限制噪声源。更深入的天体物理观测只有在我们能够减少它的情况下才有可能，这个来自路易斯安那州立大学科比特小组的美丽结果展示了一种实现这一目标的技术。更多信息：Jonathan Cripe等人，Quantum Backaction Cancel in the Audio Band，Physical Review X(2020)。网址：10.1103/PhysRevX.10.031065