LIGO挤压光源 超越量子极限以测量时空涟漪
LIGO挤压光源超越量子极限以测量时空涟漪当像黑洞这样的超大质量天体发生碰撞时，释放出的能量足以在现实中激起涟漪。一个多世纪前，爱因斯坦首次预言了这些引力波，但直到2015年，科学家们才终于首次直接探测到它们。负责这次重大探测的设施是激光干涉仪引力波天文台（LIGO），其工作原理是将激光射入两条长隧道，在镜子上反弹，然后测量光线如何返回。通过控制其他影响并仔细观察，探测器可以感知激光束发生的微小扭曲--小于一个质子的宽度时表明引力波已经经过。此后的几年里，LIGO和其他探测器已经捕捉到了数十个引力波信号。但这些设施的灵敏度是有极限的，这是由量子物理定律本身决定的。虽然真空（包括LIGO激光管中的真空）通常被认为是完全空的空间，但这是不可能实现的。量子波动意味着粒子会不断出现，存活几分之一秒，然后又消失。这种微弱的量子噪声干扰了LIGO的观测，给观测带来了硬限制。在LIGO上提供挤压光源的仪器，在进行维护时被暴露出来。现在，LIGO的科学家们已经找到并展示了一种方法，利用一种叫做量子挤压的技术来实现突破。这种方法利用了不确定性原理，即你对物体的某个特征了解得越精确，对其他特征的了解就越不精确。最常见的例子是一个粒子在盒子里弹来弹去--如果你能准确测量出它在某一特定时间的位置，那么你对它的动量的了解就会减少，反之亦然。在这种情况下，科学家们操纵了不确定性原理，通过调整光的两个特性--相位和振幅，从LIGO的激光器中获得了更多信息。在2019年升级过程中添加到管道中的特殊晶体"挤压"了光的相位，从而使光子以更可预测的时间到达传感器。当然，这也会降低振幅的确定性，这意味着激光会导致反射镜振动，掩盖它可能探测到的任何低频引力波。为了解决这个问题，LIGO上安装了一个新仪器，叫做频率相关挤压腔。顾名思义，它的工作原理是对不同频率的光进行不同性质的挤压，以达到两全其美的效果。为了进行最精确的引力波探测，科学家们需要对低频的振幅和高频的相位有更多的确定性，而该系统现在可以做到这一点。这项研究的作者拉纳-阿迪卡里（RanaAdhikari）说："以前，我们必须选择我们希望LIGO在哪些方面更加精确。现在，我们可以切蛋糕庆祝了。我们早就知道如何写下方程式来实现这一目标，但直到现在我们才清楚我们是否能真正实现这一目标。这就像科幻小说一样。"研究小组表示，通过突破这一量子极限，精度的提高将使LIGO能够探测到比以前多60%的引力波事件。LIGO的伙伴天文台Virgo位于意大利，预计也将在明年年底前开始使用频率依赖性挤压技术。研究小组在下面的视频中介绍了这项工作。挤压光如何减少LIGO测量的不确定性...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1391947.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1391947.htm
