Sử dụng máy dò TAMA300 để cải thiện thiên văn sóng hấp dẫn

Các nhà nghiên cứu tại Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản (NAOJ) đã sử dụng cơ sở hạ tầng của máy dò sóng hấp dẫn TAMA300 trước đây ở Mitaka, Tokyo để trình diễn một kỹ thuật mới nhằm giảm nhiễu lượng tử trong máy dò. Kỹ thuật mới này sẽ giúp tăng độ nhạy của các máy dò bao gồm một mạng sóng hấp dẫn hợp tác trên toàn thế giới và cho phép chúng quan sát các sóng mờ hơn.

Khi bắt đầu quan sát vào năm 2000, TAMA300 là một trong những máy dò sóng hấp dẫn giao thoa kế quy mô lớn đầu tiên trên thế giới. Vào thời điểm đó, TAMA300 có độ nhạy cao nhất trên thế giới, đặt giới hạn trên cho cường độ của tín hiệu sóng hấp dẫn; nhưng phát hiện đầu tiên về sóng hấp dẫn thực tế đã được LIGO thực hiện 15 năm sau đó vào năm 2015. Kể từ đó, công nghệ máy dò đã được cải thiện đến mức các máy dò hiện đại đang quan sát một số tín hiệu mỗi tháng. Các kết quả khoa học thu được từ những quan sát này đã rất ấn tượng và nhiều dự kiến ​​nữa trong những thập kỷ tới. TAMA300 không còn tham gia vào các quan sát nhưng vẫn hoạt động và hoạt động như một thử nghiệm cho các công nghệ mới để cải thiện các máy dò khác.

Độ nhạy của các máy dò sóng hấp dẫn hiện tại và tương lai bị giới hạn ở hầu hết các tần số bởi nhiễu lượng tử gây ra bởi tác động của dao động chân không của các trường điện từ. Nhưng ngay cả tiếng ồn lượng tử vốn có này có thể được bỏ qua. Có thể điều khiển các dao động chân không để phân phối lại các độ không đảm bảo lượng tử, giải phóng một loại nhiễu với chi phí tăng một loại nhiễu khác, ít gây cản trở hơn. Kỹ thuật này được gọi là ép chân không đã được thực hiện trong các máy dò sóng hấp dẫn, làm tăng đáng kể độ nhạy của chúng đối với sóng hấp dẫn tần số cao hơn. Nhưng sự tương tác quang học giữa trường điện từ và gương của máy dò khiến cho tác động của việc ép chân không thay đổi tùy thuộc vào tần số.

Để khắc phục hạn chế này và giảm tiếng ồn ở mọi tần số, một nhóm tại NAOJ gồm các thành viên của Dự án Khoa học Sóng hấp dẫn nội bộ và sự hợp tác KAGRA (bao gồm cả các nhà nghiên cứu về sự hợp tác giữa Virgo và GEO) gần đây đã chứng minh tính khả thi của một kỹ thuật được gọi là nén chân không phụ thuộc tần số, ở tần số hữu ích cho các máy dò sóng hấp dẫn. Do bản thân máy dò tương tác với các trường điện từ khác nhau tùy thuộc vào tần số nên nhóm đã sử dụng cơ sở hạ tầng của máy dò TAMA300 trước đây để tạo ra một trường tự thay đổi tùy theo tần số. Trường chân không vắt bình thường (không phụ thuộc tần số) được phản xạ ra khỏi khoang quang dài 300 m,

Kỹ thuật này sẽ cho phép cải thiện độ nhạy ở cả tần số cao và thấp đồng thời. Đây là một kết quả quan trọng chứng minh một công nghệ chính để cải thiện độ nhạy của các máy dò trong tương lai. Việc thực hiện của nó được lên kế hoạch như một bản nâng cấp gần hạn cùng với các cải tiến khác, dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi phạm vi quan sát của các máy dò thế hệ thứ hai.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Khoa học Tự nhiên Quốc gia . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Yuhang Zhao, Naoki Aritomi, Eleonora Capocasa, Matteo Leonardi, Marc Eisenmann, Yuefan Guo, Eleonora Polini, Akihiro Tomura, Koji Arai, Yoichi Aso, Yao-Chin Huang, Ray-Kuang Lee, Harald Lück Shoda, Matteo Tacca, Ryutaro Takahashi, Henning Vahlbruch, Marco Vardaro, Chiến-Ming Wu, Matteo Barsuglia, Raffaele Flaminio. Một nguồn chân không phụ thuộc tần số để giảm nhiễu lượng tử băng rộng trong các máy dò sóng hấp dẫn tiên tiến . Thư đánh giá vật lý , 2020 [ link ]