مواد و ساخت پیشرفته

محققان دانشگاه ایالتی لوئیزیانا (LSU) روش غیر تشدیدی و پهن باندی را برای اندازه‌گیری نوفه فشار تابش کوانتومی (QRPN) را در باند شنوایی و فرکانس‌های مرتبط با حسگرهای امواج گرانشی تبیین کردند. کار آنها می‌تواند منجر به روش‌هایی برای بهبود حسگرهای امواج گرانشی با توسعه فناوری‌هایی برای کاهش خطا در اندازه‌گیری‌های فعالیت برگشتی شود، که شانس تشخیص امواج گرانشی را افزایش می دهد.
محققان، دستگاه‌هایی را که در مدل‌های مینیاتوری حسگرها مانند LIGO قرار گرفتند، توسعه دادند که امکان مشاهده اثرات کوانتومی را در دمای اتاق فراهم می‌کنند. این دستگاه‌ها شامل مشددهای میکرونی تک بلوری ارزان قیمت و مبتنی بر آینه‌ای بلورین (CMS) هستند. این مشددهای میکرونی به وسیله یک تداخل سنج اپتیکی محقق می‌شوند که در آن حساسیت نهایی سیستم توسط QRPN محدود شده است.
میکروآینه‌های ساخته شده با CMS برای توسعه یک حفره نوری آزمایش شده، مورد استفاده قرار می‌گیرند که اکنون می‌توانند برای مطالعه فناوری‌های کاهش فرآیندهای نویزی مانند QRPN استفاده شوند. این قطعات اندازه‌گیری کلیدی برای بهبود عملکرد و دسترسی به رصدخانه های امواج گرانشی آینده خواهد بود.
هر آینه اندازه‌ی سرسوزن است و به‌وسیله یک نگهدارنده معلق می‌باشد. هنگامی که یک پرتو لیزر بر روی یکی از آینه ها هدایت می‌شود، پرتویی که منعکس شده منجر به القای فشار تابشی نسبتا نوسانی می‌شود که موجب خمش ساختار نگهدارنده می‌شود که این امر باعث نوسان آینه و ایجاد نویز خواهد شد. طیف نویز به دست آمده توسط تیم، اثرات ناشی از QRPN را بین حدود 2 کیلوهرتز و 100 کیلوهرتز نشان می‌دهد.
برای به حداقل رساندن عدم قطعیت ناشی از اندازه‌گیری فوتون‌های گسسته و به حداکثر رساندن نسبت سیگنال به نویز، تداخل‌سنج‌های امواج گرانشی از لیزرهایی با قدرت بالا استفاده می‌کنند. این پرتوهای پرقدرت دقت موقعیت را افزایش می‌دهند، اما این کار را با طرف عکس العمل در قالب QRPN انجام می‌شود. LIGO پیشرفته و دیگر تداخل‌سنج‌های نسل دوم و سوم را می توانند به وسیله QRPN در فرکانس‌های پایین در بیشینه در توان لیزر محدود شوند، اما کار تیم که شامل مشارکت کنندگانی از MIT (محلول های آینه بلورین) و نیز دانشگاه وین است، سرنخ‌هایی را در مورد اینکه چگونه دانشمندان می‌توانند پیرامون این محدودیت در هنگام اندازه‌گیری امواج گرانشی کار کنند، ارائه می‌دهد.
پروفسور توماس کوربیت می‌گوید: "با توجه به ضرورت دست‌یابی به حسگرهای امواج گرانشی حساس‌تر، مطالعه اثرات نویزهای فشار تابش کوانتومی در سیستمی مشابه با LIGO پیشرفته مهم است که با نویز فشار تابشی کوانتومی در طیف گسترده‌ای از فرکانس‌های دور از فرکانس تشدید مکانیکی سوسپانسیون جرم محک محدود خواهد شد.
پیشنهاداتی برای بهبود حساسیت حسگرهای امواج گرانشی وجود دارد، اما محققان گفته‌اند که تا به حال، هیچ ساختار اساسی برای آزمایش تجربی این ایده‌ها محقق نشده است.
پدرو ماررونیتی که فیزیکدان و مدیر برنامه بنیاد ملی علوم می‌باشد، گفت: "این پیشرفت غیرمنتظره فرصت‌های جدیدی را برای آزمایش کاهش نویز باز می‌کند." سادگی نسبی این رویکرد، موجب موفقیت این رویکرد به وسیله طیف گسترده‌ای از گروه‌های تحقیقاتی می‌شود که به طور بالقوه باعث افزایش مشارکت از طریق جامعه علمی گسترده‌تر در اختر فیزیک نجومی امواج گرانشی می‌شود."
منبع:
https://www.photonics.com/Articles/Measuring_Quantum_Back_Action_Could_Improve/a64530