Uma técnica para comprimir luz nos braços do interferômetro do LIGO permitiu que suas medições cruzassem a barreira quântica.
Para o LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser), é um novo e ousado domínio de sensibilidade, dando ao detector de ondas gravitacionais a capacidade de encontrar 60% mais fusões de estrelas mortas do que a taxa de sua execução anterior, que foi em torno de uma ou duas detecções. toda semana ou mais.
A técnica é chamada de compressão dependente de frequência, contornando limitações anteriores que impediam o LIGO de fazer detecções em escalas quânticas.
“Agora que ultrapassamos este limite quântico, podemos fazer muito mais astronomia”, diz o físico Lee McCuller, do Caltech. “O LIGO utiliza lasers e grandes espelhos para fazer as suas observações, mas estamos a trabalhar num nível de sensibilidade que significa que o dispositivo é afetado pelo reino quântico.”
A sensibilidade do LIGO já era de cair o queixo. O interferômetro funciona detectando ondulações no espaço-tempo que são geradas pela colisão de buracos negros e estrelas de nêutrons, a milhões de bilhões de anos-luz de distância.
Isso causa ondas gravitacionais, como ondulações em um lago. Não podemos senti-los; mas podem ser detectados em desvios minúsculos no caminho da luz por um longo, longo túnel.
Esses desvios são incrivelmente pequenos, chegando a trilhões de vezes menores que um fio de cabelo humano. Mas uma vez que você entra em escalas subatômicas – o reino quântico – as habilidades do LIGO ficam prejudicadas. Isso ocorre porque, nessas escalas inimaginavelmente pequenas, as partículas entram e saem aleatoriamente do espaço, criando um ruído quântico de fundo constante que é mais alto do que qualquer sinal.
A compressão dependente da frequência é uma forma de amplificar os sinais para serem “mais altos” do que o ruído quântico. É, dizem os físicos, um pouco como apertar um balão. Quando você aperta um balão em uma extremidade, a outra extremidade fica maior. Da mesma forma, se você comprimir uma propriedade da luz, como amplitude (ou potência), outras propriedades, como frequência, poderão ser medidas com mais precisão.
Mas, embora você possa ganhar precisão em uma área, você a perde na outra. O LIGO possui tecnologia para compressão dependente de frequência desde 2019, mas não era particularmente flexível. A nova atualização significa que a compressão é mais flexível; a luz pode ser comprimida de várias maneiras para amplificar a frequência das ondas gravitacionais que os cientistas procuram.
“Antes, tínhamos que escolher onde queríamos que o LIGO fosse mais preciso”, diz a física Rana Adhikari, do Caltech. “Agora podemos comer nosso bolo e comê-lo também. Já faz algum tempo que sabemos como escrever as equações para fazer isso funcionar, mas não estava claro se poderíamos realmente fazê-lo funcionar até agora. É como ficção científica. ”
A tecnologia funciona através do uso de cristais que transformam fótons isolados nos tubos de vácuo de 4 quilômetros de comprimento do LIGO em dois fótons emaranhados com menor energia.
Esses fótons interagem com os feixes de laser que brilham nos túneis para comprimir a luz do laser da maneira desejada. Quando as ondas gravitacionais passam, esses feixes de laser são agitados de tal forma que o movimento pode ser captado na outra extremidade.
A nova tecnologia de compressão dependente da frequência funciona alternando a forma como comprime a luz, de modo que as frequências mais altas e mais baixas sejam amplificadas. Está em operação desde o início da atual operação de observação do LIGO, em maio, e provavelmente será instalado no detector Virgo, na Itália, antes do término da operação de observação.
Isto significa que provavelmente veremos um aumento significativo no número de colisões de buracos negros e estrelas de nêutrons que observamos no Universo mais amplo.
“Estamos finalmente tirando vantagem do nosso Universo gravitacional”, diz a física Lisa Barsotti, do MIT. “No futuro, podemos melhorar ainda mais a nossa sensibilidade. Gostaria de ver até onde podemos ir.”
Publicado em 28/10/2023 22h39
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