เว็บตรง แสง ‘บีบ’ ของควอนตัมอาจนำไปสู่การตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงทุกวันวอชิงตัน — เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงกำลังควอนตัม
การปรับปรุงตามแผนของ Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory LIGO อาศัยเทคนิคควอนตัมที่ละเอียด นักวิทยาศาสตร์ของ LIGO ประกาศเมื่อวันที่ 14 กุมภาพันธ์ การอัพเกรดด้วยเงิน 35 ล้านดอลลาร์อาจทำให้นักวิทยาศาสตร์จับคลื่นความโน้มถ่วงได้ทุกวันโดยเฉลี่ย นักวิจัยของ LIGO กล่าวในการแถลงข่าวในการประชุมประจำปีของสมาคมอเมริกันเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์
เริ่มต้นในปี 2024 เครื่องตรวจจับแบบเร่งความเร็วที่เรียกว่า Advanced LIGO Plus
จะพยายามต่อสู้กับกฎควอนตัม ซึ่งเป็นหลักการไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก เพื่อปรับปรุงความสามารถของเครื่องในการตรวจจับระลอกคลื่นในกาลอวกาศ หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กระบุว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะวัดคุณสมบัติบางอย่างได้อย่างแม่นยำ เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัมของวัตถุ ในเวลาเดียวกัน
ใน LIGO สิ่งนี้แปลว่าเป็นการให้และรับในแสงที่นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบเพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง ที่เครื่องตรวจจับสองเครื่องของหอดูดาวแต่ละเครื่อง ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองลิฟวิงสตัน รัฐลา และแฮนฟอร์ด รัฐวอชิงตัน แสงเลเซอร์จะสะท้อนกลับไปกลับมาภายในแขนยาว 4 กิโลเมตรสองลำที่จัดเรียงเป็น “L” เพื่อตรวจสอบว่าคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนผ่านหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์วัดความสว่างของแสงที่แขนชนกันและลำแสงรวมตัวกันอีกครั้ง ( SN: 3/5/16, หน้า 22 )
เนื่องจากกลศาสตร์ควอนตัม แสงนั้นจะผันผวนในสองวิธี: ในระยะของมัน จังหวะเวลาของคลื่นแสง และแอมพลิจูดซึ่งกำหนดความเข้มของแสง รูปแบบนี้ทำให้การวัดของ LIGO ยุ่งเหยิง ทำให้ยากต่อการเลือกสัญญาณที่ละเอียดอ่อนของคลื่นความโน้มถ่วง ดังนั้นในการดำเนินการรอบถัดไปของ LIGO ซึ่งจะเริ่มในเดือนเมษายน นักวิจัยจะใช้แสงควอนตัม “บีบ” เป็นครั้งแรก ซึ่งความผันผวนของเฟสของแสงจะลดลง ผลที่ได้คือ LIGO จะจับคลื่นที่มีความถี่สูงได้ดีขึ้น — ระลอกคลื่นที่จะมีระดับเสียงสูงขึ้นหากแปลงเป็นคลื่นเสียง
นักฟิสิกส์ Michael Zucker แห่ง Caltech และ MIT LIGO Laboratory กล่าวว่า “เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้น แต่ก็มาพร้อมกับบทลงโทษ ความผันผวนของพลังงานแสงจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้การวัดคลื่นโน้มถ่วงความถี่ต่ำทำได้ยากขึ้น “มันไม่ได้แก้ตัวคุณจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก”
แต่ใน Advanced LIGO Plus นักวิทยาศาสตร์จะใช้ระบบที่จะทำให้ทั้งสองโลกดีที่สุด
บีบแสงไปทางเดียวสำหรับคลื่นความถี่ต่ำ และอีกทางหนึ่งสำหรับสัญญาณความถี่ที่สูงขึ้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่อง นักฟิสิกส์ Hartmut Grote จากมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์ในเวลส์กล่าวว่า “นั่นเป็นอีกขั้นหนึ่งของความซับซ้อน” Grote ช่วยผู้บุกเบิกเทคนิคการบีบด้วยแสงในเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงขนาดเล็กที่เรียกว่า GEO 600 ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับฮันโนเวอร์ ประเทศเยอรมนี
เครื่องตรวจจับอีกเครื่องในอินเดียที่เรียกว่า LIGO-India คาดว่าจะเปิดในเวลาเดียวกันกับ Advanced LIGO Plus และจะใช้เทคนิคควอนตัมแบบเดียวกัน
การเพิ่มกล้องโทรทรรศน์มากขึ้นจะช่วยให้ทีมขยายภาพได้ เพื่อจับภาพเครื่องบินเจ็ตที่พ่นออกมาจากหลุมดำได้ดียิ่งขึ้น นักวิจัยยังวางแผนที่จะทำการสังเกตการณ์โดยใช้แสงที่มีความถี่สูงขึ้นเล็กน้อย ซึ่งจะทำให้ภาพคมชัดยิ่งขึ้น และแผนการที่ยิ่งใหญ่กว่านั้นก็รออยู่ที่ขอบฟ้า: “การครอบครองโลกไม่เพียงพอสำหรับเรา เราต้องการไปอวกาศด้วย” Doeleman กล่าว
ดวงตาที่เกินมาเหล่านี้อาจเป็นเพียงสิ่งที่จำเป็นในการทำให้หลุมดำอยู่ในโฟกัสที่ดียิ่งขึ้น
นักดาราศาสตร์ Scott Ransom จากหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติในเมืองชาร์ลอตส์วิลล์ รัฐเวอร์จิเนีย กล่าวว่า “ความฝันของคนส่วนใหญ่ที่พยายามทำวิทยาศาสตร์ SgrA* คือการพยายามหาพัลซาร์หรือพัลซาร์ที่โคจรรอบ” หลุมดำ กล่าว “ที่นั่น เป็นการทดสอบ [ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป] ที่น่าสนใจและค่อนข้างลึกซึ่งพัลซาร์สามารถให้ได้ ซึ่ง EHT [เพียงอย่างเดียว] จะไม่สามารถทำได้”
แม้จะมีการค้นหาอย่างระมัดระวัง แต่ยังไม่พบพัลซาร์ใกล้พอถึง SgrA* ส่วนหนึ่งเป็นเพราะก๊าซและฝุ่นในใจกลางดาราจักรกระจายลำแสงและทำให้มองเห็นได้ยาก แต่ EHT กำลังดูดีที่สุดที่ศูนย์นั้นในความยาวคลื่นวิทยุ ดังนั้น Ransom และเพื่อนร่วมงานจึงหวังว่าจะสามารถตรวจพบบางส่วนได้
“มันคือการสำรวจตกปลา และโอกาสในการจับสิ่งที่ใหญ่โตนั้นน้อยมาก” แรนซัมกล่าว “แต่ถ้าเราทำได้ก็คุ้มแล้ว” เว็บตรง
