Első fecske

2015-ben a Lézer-interferométer gravitációs-hullám megfigyelőközpont (LIGO) és a Virgo együttműködése lehetővé tette a gravitációs hullámok első közvetlen megfigyelését. A hullámok két szupermasszív fekete lyuk 1,3 milliárd éves összeütközésből eredtek, és 4 km hosszú optikai interferométerekkel detektálták őket, ahogy az esemény hullámokat okozott a Föld téridejében.

Az UCL, a Groningeni Egyetem és a Warwicki Egyetem új tanulmánya azt vizsgálja, hogyan lehetne a legmodernebb kvantumtechnológiák és kísérleti technikák felhasználásával olyan detektort építeni, amely képes megmérni és összehasonlítani a gravitációs erőt két helyen egyszerre, egyidejűleg. 

Kicsi én

A kvantummechanika lehetővé teszi egy objektum számára, - legyen az akármekkora méretű - hogy egyszerre két különböző helyet foglaljon el a térben.

Annak ellenére, hogy ez ellentmond a megérzéseinknek és közvetlenül ellentétes a mindennapi tapasztalatainkkal, a kvantummechanika szuperpozíciójának elvét kísérletileg igazolták neutronok, elektronok, ionok és molekulák felhasználásával is.

A tudósok által kifejlesztett kvantumtechnológián alapuló detektor 4000-szer kisebb, mint a jelenleg alkalmazott detektorok, és a közepes frekvenciájú gravitációs hullámokat képes észlelni. Az érzékelő melyek súlya körülbelül 10^-17 kg, nanoméretű gyémánt kristályokat használ, a Stern-Gerlach interferometria segítségével kvantum-térbeli szuperpozícióba helyezve.

Ryan Marshman az UCL Physics & Astronomy és UCLQ szerzője elmondta:  „Már léteznek a szuperpozíció elvén működő kvantum gravitációs szenzorok. Ezeket az érzékelőket a newtoni gravitáció mérésére és hihetetlenül pontos mérőeszközök előállítására használják. A jelenlegi kvantumgravitációs érzékelők által használt kvantumtömegek sokkal kisebbek, atomi méretekről van szó, és a kísérleti munka halad az új interferometria technikák kifejlesztése felé, melyek ahhoz szükségesek, hogy készülékünkkel a gravitációs hullámokat is tanulmányozni lehessen.”

Szuperdetektor

“Megállapítottuk, hogy detektorunk a gravitációs hullámok LIGO által érzékeltektől eltérő frekvenciatartományát is felfedezheti. Ezek a frekvenciák ma csak akkor érhetők el, ha a tudósok igazán hatalmas detektorokat építenek az űrben, több százezer kilométer méretű alapvonallal.”

Sőt, az érzékelőt fel lehet használni egy olyan detektorhálózat felépítésére, amely képes lesz kiszűrni a gravitációs hullámjeleket a háttérzajból.

Ez a hálózat potenciálisan arra lehet alkalmas, hogy pontos információt adjon a gravitációs hullámokat létrehozó objektumok helyéről.

Sougato Bose, az UCL Fizika, Csillagászat és az UCLQ  professzora, a tanulmány társszerzője elmondta:  „Noha az általunk javasolt érzékelő ambiciózus, a jelek szerint nem létezik semmiféle alapvető vagy legyőzhetetlen akadály megépítésének útjában, a jelenlegi és a közeljövőben rendelkezésre álló technológiák használatával.”

„Az érzékelő megépítéséhez szükséges összes műszaki elemet létrehozták, alkalmazták már különféle kísérletek alkalmával a világ különböző részein: a szükséges erőket, a szükséges vákuum-minőséget, a kristályok szuperpozícióba helyezésének módszerét. 

A nehézség abból adódik majd, hogy mindet össze kell hozni egy kísérletben, ügyelve arra, hogy a szuperpozíció változatlanul megmaradjon.” A tudósok a továbbiakban kísérleti szakemberekkel működnek majd együtt az eszköz prototípusainak elkészítéséhez. A munkát a Holland Tudományos Kutatási Szervezet, a Royal Society és a Mérnöki és Fizikai Tudományos Kutatási Tanács finanszírozta.

(Forrás: New Journal of Physics Képek: Needpix)