Nowe okno na wszechświat
Ponad 100 lat temu Albert Einstein przewidział istnienie fal grawitacyjnych. W 2015 r. fizycy prowadzący badania przy pomocy detektora LIGO (Gravitational-wave Observatory), czyli dwóch gigantycznych instalacji znajdujących się w Hanford w stanie Waszyngton i Livingston w stanie Luizjana, po raz pierwszy w historii wykryli to falowanie w czasoprzestrzeni. Odkrycie to wymagało nie tylko długiej historii poszukiwań, ale co ważniejsze — olbrzymiego postępu technologicznego. Aby rozszerzyć zasięg detektorów fal grawitacyjnych, naukowcy korzystający ze wsparcia UE przeprowadzili analizę poszczególnych metod, obiecujących z punktu widzenia przezwyciężania ograniczeń związanych z mechaniką kwantową. Projekt EAGLE (Exploring quantum aspects of gravitational wave detectors) poświęcony był systematycznym studiom nad wspomnianymi metodami, których zakres obejmował badanie ich złożoności i możliwości ich rozwijania. Celem było opracowanie takich wytycznych, które by zapewniły większą skuteczność budowanych w przyszłości detektorów do wykrywania fal grawitacyjnych. Detektory fal grawitacyjnych, m.in LIGO, wykorzystują w roli mas testowych lasery o dużej mocy oraz lustra o wadze w skali kilogramów, oddalone od siebie o kilometry. Aby były one w stanie wykryć słabe fale grawitacyjne w dalekim wszechświecie, muszą być niezwykle czułe, nawet na najdrobniejsze przesunięcia mas testowych. Szum pochodzenia kwantowego zaczyna ograniczać ich czułość. Naukowcy sprawdzali zatem różne metody, mające na celu zmniejszenie szumu kwantowego i poprawienie czułości detektora na sygnały fal grawitacyjnych. Jedno z nowatorskich podejść rozważanych przez zespół projektu EAGLE zakłada umieszczenie urządzenia optomechanicznego, służącego za niestabilny filtr, wewnątrz szczeliny odzyskującej sygnał, co kompensuje opóźnienie fazy propagacji (dyspersji dodatniej) sygnału. Ten nowy system może zwiększyć szerokość pasma detektora, a jednocześnie umożliwia utrzymanie maksymalnej czułości w momencie skupienia na poziomie szumu. Dzięki modelowaniu numerycznemu i badaniom analitycznym praca zespołu EAGLE przyczyniła się do opracowania koncepcji projektu dla nowej generacji detektorów fal grawitacyjnych. Są to urządzenia idealne do badania wszechświata poprzez ukazywanie zjawisk astrofizycznych, które nie były możliwe do zaobserwowania za pomocą detektorów kosmicznego światła.
Słowa kluczowe
Ogólna teoria względności, laserowy interferometr, szum kwantowy, fala grawitacyjna, LIGO, EAGLE