LIGO — это уже суперзвезда современной астрономии. Именно эта грандиозная установка первой в мире обнаружила гравитационные волны. И в ближайшее время её улучшат, причём модернизация будет квантовой! Всё верно — объект, который уже и без того считается вершиной инженерной и научной мысли, получит обновление стоимостью приблизительно 35 миллионов долларов. Если всё пройдёт по плану, новое оборудование начнет использоваться в 2024 году, и сможет удвоить и без того впечатляющую мощность обнаружения.
Северный детектор (х-рукав) интерферометра в Хэнфорде. Источник фото: https://wikimedia.org
Если не вдаваться в технические подробности, то LIGO представляет собой два практически идентичных комплекса, находящихся в разных концах США. На каждом их этих объектов построены два 4-километровых «рукава». Перед ними располагается лазер, луч которого расщепляется на две части, по одной на каждый тоннель. Отразившись на другом конце в зеркалах, лучи возвращаются к месту своего разделения и пересекаются, тем самым «отменяя» друг друга. Однако при малейшем смещении Земли в результате каких-то процессов, происходящих во Вселенной, например, при прохождении гравитационной волны, лучи не совпадать не будут, и их нейтрализации не произойдёт.
В этом случае зеркала немного сдвинутся, и лазерные лучи окажутся несинхронизированными — на расстояние, которое можно измерить. Основываясь на этих показаниях, ученые интерпретируют получившиеся графики, пытаясь найти на них гравитационные волны — колебания пространственно-временного континуума, вызванные масштабным астрофизическим событием, например, столкновением нейтронных звезд и черных дыр.
Очевидно, что главная сложность тут заключается в том, чтобы не спутать гравитационные волны с чем-то другим, вроде естественной вибрации Земли. И хотя LIGO уже использует несколько довольно успешных методов фильтрации, дополнительная точность, конечно же, не будет лишней. Кроме того, некоторые из усовершенствований LIGO призваны стать ответом на так называемый «принцип неопределенности Гейзенберга» — представление о том, что точно измерить можно только один аспект явления. Два и больше — уже невозможно.
Так, например, любая попытка установить скорость электрона нарушит его траекторию. Также невозможно установить местоположение электрона, не повлияв на всю ту же скорость. Этот принцип применим ко всему — от автомобиля на макроуровне до молекул на микроуровне. Но, если в первом случае это обычно не имеет какого бы то ни было значения, то во втором, тем более в субатомных масштабах, это чрезвычайно важно. В случае с LIGO, например, требуется очень точно измерить две характеристики световых лучей — на которых, собственно, и основываются все последующие вычисления.
Это фаза — то есть положение света в заданной точке времени, и амплитуда, которую можно определить как интенсивность. То есть принцип неопределенности Гейзенберга в данном случае вызывает дополнительную неясность, затрудняя и без того крайне сложную задачу выделения гравитационных волн из фоне других шумов. Как решить эту проблему? После модернизации в LIGO будет использоваться квантовый «сжатый» свет. Этот «частотно-зависимый метод сжатия», как надеются учёные, в значительной степени уменьшит колебания фазы, дав возможность более точно измерять амплитуду света — это позволит свести к минимуму воздействие принципа неопределенности. Во время модернизации также будут установлены новые зеркала — с улучшенным покрытием, помогающим ещё больше снизить «шумы» от их нагрева во время работы.
В общем и целом, планирующиеся работы позволят повысить класс этого уже вошедшего в историю научного комплекса с LIGO до ALIGO+. Это, во-первых, позволит каждый день фиксировать те или иные гравитационные волны, и, во-вторых, обнаруживать менее масштабные или более удалённые от нас события, происходящие в космосе! Возможно, это даже поможет узнать некоторые подробности происходящего. Например, вращались ли чёрные дыры, прежде чем врезаться друг в друга? Для астрономии это очень важные вопросы, и ответ на них может быть получен довольно скоро.
Текст переведен в бюро переводов ВОДОЛЕЙ
