แสง ‘บีบ’ ของควอนตัมอาจนำไปสู่การตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงทุกวันวอชิงตัน เว็บตรง — เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงกำลังควอนตัม
การปรับปรุงตามแผนของ Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory LIGO อาศัยเทคนิคควอนตัมที่ละเอียด นักวิทยาศาสตร์ของ LIGO ประกาศเมื่อวันที่ 14 กุมภาพันธ์ การอัพเกรดด้วยเงิน 35 ล้านดอลลาร์อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์จับคลื่นความโน้มถ่วงได้ทุกวันโดยเฉลี่ย นักวิจัยของ LIGO กล่าวในการแถลงข่าวในการประชุมประจำปีของสมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์
เริ่มต้นในปี 2024
เครื่องตรวจจับแบบเร่งความเร็วที่เรียกว่า Advanced LIGO Plus จะพยายามต่อสู้กับกฎควอนตัม ซึ่งเป็นหลักการไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก เพื่อปรับปรุงความสามารถของเครื่องในการตรวจจับระลอกคลื่นในกาลอวกาศ หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กระบุว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดคุณสมบัติบางอย่างได้อย่างแม่นยำ เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัมของวัตถุ ในเวลาเดียวกัน
ใน LIGO สิ่งนี้แปลว่าการให้และรับในแสงที่นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบเพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ที่เครื่องตรวจจับสองเครื่องของหอสังเกตการณ์แต่ละแห่ง ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองลิฟวิงสตัน รัฐลา และแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตัน แสงเลเซอร์จะสะท้อนกลับไปกลับมาภายในแขนยาว 4 กิโลเมตรสองลำที่จัดเรียงเป็น “L” เพื่อตรวจสอบว่าคลื่นความโน้มถ่วงผ่านหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์วัดความสว่างของแสงที่แขนชนกันและลำแสงจะรวมตัวกันอีกครั้ง ( SN: 3/5/16, p. 22 )
เนื่องจากกลศาสตร์ควอนตัม แสงนั้นจะผันผวนในสองวิธี: ในระยะของมัน จังหวะเวลาของคลื่นแสง และแอมพลิจูดซึ่งกำหนดความเข้มของแสง รูปแบบนี้ทำให้การวัดของ LIGO ยุ่งเหยิง ทำให้ยากต่อการเลือกสัญญาณที่ละเอียดอ่อนของคลื่นความโน้มถ่วง ดังนั้นในการดำเนินการรอบถัดไปของ LIGO ซึ่งจะเริ่มในเดือนเมษายน นักวิจัยจะใช้แสงควอนตัม “บีบ” เป็นครั้งแรก ซึ่งความผันผวนของเฟสของแสงจะลดลง ผลที่ได้คือ LIGO จะจับคลื่นที่มีความถี่สูงได้ดีขึ้น — ระลอกคลื่นที่จะมีระดับเสียงสูงขึ้นหากแปลงเป็นคลื่นเสียง
นักฟิสิกส์ Michael Zucker แห่ง Caltech และ MIT LIGO Laboratory กล่าวว่า “เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น แต่ก็มาพร้อมกับบทลงโทษ ความผันผวนของพลังงานแสงจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้การวัดคลื่นโน้มถ่วงความถี่ต่ำทำได้ยากขึ้น “มันไม่ได้แก้ตัวคุณจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก”
แต่ใน Advanced LIGO Plus นักวิทยาศาสตร์จะใช้ระบบที่จะทำให้ดีที่สุดของทั้งสองโลก
บีบแสงไปทางเดียวสำหรับคลื่นความถี่ต่ำ และอีกทางหนึ่งสำหรับสัญญาณความถี่ที่สูงขึ้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่อง นักฟิสิกส์ Hartmut Grote จากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ในเวลส์กล่าวว่า “นั่นเป็นอีกขั้นหนึ่งของความซับซ้อน” Grote ช่วยผู้บุกเบิกเทคนิคการบีบด้วยแสงในเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงขนาดเล็กที่เรียกว่า GEO 600 ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับฮันโนเวอร์ ประเทศเยอรมนี
เครื่องตรวจจับอีกเครื่องในอินเดียที่เรียกว่า LIGO-India คาดว่าจะเปิดในเวลาเดียวกันกับ Advanced LIGO Plus และจะใช้เทคนิคควอนตัมแบบเดียวกัน
ไม่ว่าจะอยู่ที่นี่หรือแค่หัวมุม อำนาจสูงสุดของควอนตัมก็ถูกนำมาเปรียบเทียบกับเที่ยวบินแรกของพี่น้องตระกูลไรท์ที่คิตตี้ ฮอว์ก รัฐนอร์ทแคโรไลนาในปี 1903 เครื่องบินได้กลายเป็นความจริงแต่ไม่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติ ทว่าเหตุการณ์สำคัญยังคงสร้างประวัติศาสตร์ไว้ ในทำนองเดียวกัน คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังไม่บรรลุศักยภาพในการปฏิวัติ
อำนาจสูงสุดของควอนตัมคือ “จะไม่เปลี่ยนโลกในชั่วข้ามคืน เราต้องอดทน” Preskill กล่าว แต่สำหรับตอนนี้ เขาพูดว่า: “มาฉลองกันเถอะ”
ตั้งแต่ปี 51 Pegasi b “นักดาราศาสตร์ได้เคลื่อนเข้าหาดาวเคราะห์ดวงเล็กและดาวเคราะห์ที่เย็นกว่า” ที่คล้ายกับโลกมากกว่า Charbonneau กล่าว “มีความกระตือรือร้นอย่างมากในสาขานี้ ซึ่งด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่เหมาะสม เราสามารถ … ค้นหาว่ามีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือไม่”
Charbonneau กล่าวว่า “ถึงเวลาแล้ว” ที่วิทยาศาสตร์นอกระบบดาวเคราะห์จะได้รับรางวัลโนเบล “ชุมชนเห็นพ้องต้องกันจริงๆ ว่าการค้นพบ 51 Peg เป็นการค้นพบที่จุดไฟเผาสนามจริงๆ” เขากล่าว
นักวิทยาศาสตร์นอกระบบดาวเคราะห์คนอื่นประหลาดใจมากขึ้น Sara Seager จาก MIT ไม่ได้คาดหวังว่าสาขาของเธอจะได้รับเกียรติสูงสุด “ฉันรู้สึกแย่มาก” เธอกล่าว
รางวัลนี้เป็นรางวัลที่ส่งเสริมวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบอย่างมาก ซึ่งบางคนยังคงมองว่าเป็น “ความพยายามในการสะสมแสตมป์เพียงเล็กน้อย” เธอกล่าว ในเวลาเพียง 25 ปี “เราเปลี่ยนจากการเป็นคนที่คลุมเครือและน่าหัวเราะเป็นวิทยาศาสตร์กระแสหลักที่คู่ควรกับรางวัลโนเบล” เว็บตรง
