操縱激光和量子真空之間的相互作用，引力波探測器再次革新！

物理學家已經成功地開發出一種新儀器，該儀器可以顯著降低量子水平上的雜訊，到目前為止，量子水平上的雜訊限制了實驗和發現引力波的能力。大質量黑洞和恆星之間的碰撞，被認為是在2015年首次探測到時空中產生的這些漣漪。到目前為止，總共有大約11起探測得到充分確認。新設備標誌著對激光干涉儀引力波天文台(LIGO)的重大改進，將其探測範圍增加了15%，由於天空是球體，科學家們預計能夠探測到大約50%的引力波。

科學家們現在預測，在LIGO正在進行的實驗持續到2020年4月期間，將捕捉到數十個這種很少被檢測到的事件，這可能會改變對這些現象的理解，該合作研究小組現在在《物理評論快報》上發表了其發現。領導這項工作的科學家之一、麻省理工學院天體物理學家麗莎·巴索蒂(Lisa Barsotti)說：這真的是一個轉折點，因為現在我們真的可以通過所有這些探測來進行統計了」，這就是為什麼它正在成為引力波天文學新紀元的原因。

LIGO位於華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的探測器，使用巨型干涉儀顯示了一種傳入的引力波。其中包括激光從鏡子上反彈，並沿著兩個4公里長的L型手臂行進。引力波使兩臂產生拉力，因此這對激光束變得不同相位。但物理學家探測如此微小信號的能力，受到看似不可逾越的量子雜訊限制，因為隨機波動略微調製了光子的到達時間，光子是激光中最小的量子比特。為了彌補這一點，Barsotti和同事們使用了量子「壓縮器」，這是一種位於干涉儀手臂腔內的晶體。

可以操縱激光和量子真空之間的相互作用，並在光子之間產生較小的波動。這項成就彙集了量子物理和天體物理方面的專業知識，並使科學家們能夠在黑洞和密度極高的中子星相互碰撞時，進行更靈敏的探測。其他碰撞天體，如超新星爆炸和更典型的恆星，產生的引力波仍然太小，用目前的技術無法分辨出來。室女座也在使用義大利北部建造的探測器，測試類似的量子壓縮設備，量子壓縮光將成為所有下一代探測器的標準。

比如擬議中的宇宙探測器，它的臂將在地面上伸展40公里，進一步提高其靈敏度。自2015年以來，激光干涉儀引力波天文台(LIGO)一直在直接探測來自雙星合併的引力波，研究利用先進的LIGO H1和L1探測器首次使用壓縮真空態直接測量引力波。這一成就是幾十年來在引力波探測器中實現壓縮態研究的頂峰。在正在進行的O3觀測運行期間，壓縮態將LIGO干涉儀對50 Hz以上信號的靈敏度提高了高達3dB，從而將預期檢測率提高了40%(H1)和50%(L1)。

博科園｜研究/來自：美國物理研究所

參考期刊《物理評論快報》

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