“量子压缩”进级LIGO 每周都能发明新引力波

　　2015年9月，位于美国的激光过问干与重力波视察仪（LIGO）初次探测到引力波，验证了爱因斯坦提出的“百年意料”，人类天文学开启了“引力波期间”。

　　日前，来自麻省理工学院、加州理工学院、澳大利亚国立大学的连系团队在《物理评述快报》撰文披露，他们为LIGO安装了名为“量子真空压缩器”的隐秘兵器，使其探测手段明显晋升。据麻省理工学院官方报道，本年4月以来，在该装备的“加成”下，LIGO已经数十次捕捉引力波信号。

　　量子噪声滋扰LIGO丈量

　　LIGO行使“L”型的探测器来感知引力波。每个探测器由两个2.5英里（约4公里）长、彼此垂直的“长臂”——真空管构成。光源发射一束激光，颠末度光镜后分成两半，各自进入一条长臂，并通过其结尾的反射镜反射后原路返回。

　　按照激光过问干与道理，这两束同时返回的激光将彼此抵消，探测器吸取不到信号。但当引力波撞击地球时，它会扭曲时空——短暂地使LIGO“一条胳膊长、一条胳膊短”，这种有节拍的拉伸和挤压变形一向一连到引力波通过为止。此时，两束激光无法同时返回，不会彼此抵消，探测器将吸取到返回党肆光信号。

　　可是，“抱负很饱满，实际很骨感”。正如麻省理工学院研究生、论文首要作者玛吉·谢所说，激光并非持续的光流，而是由单个光子构成的嘈杂排队，每个光子都受到真空颠簸的影响。光子均匀“准时”达到探测器，但有些很早，有些很晚，形成一条有必然宽度的“钟形曲线”。

　　当引力波颠末期，LIGO手臂的长度变革不到质子宽度的万分之一。探测体系要足够敏感才气精确丈量激光信号，这导致部门未准时达到的光子也会造成闪光，发生假的引力波信号，这就是所谓的“量子噪声”。

　　为了停止“报假警”，LIGO设定只有手臂长度变革超出量子噪声范畴才判定为引力波到来，这无疑限定了它对间隔更远、强度更弱的引力波探测。

　　量子压缩减小量子噪声

　　量子压缩是20世纪80年月提出的观念，其根基头脑是量子真空噪声可以暗示为沿相位和振幅两个主轴的不确定性球。这个球体就像一个应力球，可以被压缩。若是沿相位轴紧缩球体，相位状态的不确定性，也就是光子达到时刻的不确定性将减小，但振幅状态的不确定性，也就是光子达到数目的不确定性将增进。

　　因为时刻不确定性是LIGO量子噪声的首要影响身分，以是，沿相位偏向压缩可以使探测器对引力波越发敏感。麻省理工学院的研究团队从15年前就开始计划“量子真空压缩器”，以显现更薄弱、更迢遥的引力波信号。2010年，早期的压缩器在位于汉福德的探测器长举办测试，取得了必然的结果。

　　之后，研究职员慢慢改造“量子真空压缩器”。其焦点是一个光学参量振荡器，它是一个蝴蝶结外形的装置，中心是一小块晶体，附近由反射镜困绕。激光通过晶体原子时，其光子的振幅和相位将从头分列，以到达“压缩”真空，减小光子达到时刻颠簸的目标。

　　安装“量子真空压缩器”后，LIGO的探测间隔延迟15%、高出4亿光年，引力波的发明速率有望进步50%，到达每周都也许发明新引力波的阶段。LIGO的“同事”、位于意大利的“童贞座”（Virgo）引力波探测器也已经安装相同装备，探测间隔进步5%—8%，引力波发明速率增进16%—26%。另外，压缩器有助于准确定位引力波源的位置，利便天文学家举办后续视察。

　　麻省理工学院卡弗里天体物理学与空间研究所首席科学家丽莎·巴索蒂透露，因为此次改造，LIGO的下一次进级可以将引力波探测速率进步5倍以上。

（编辑：河北网）

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