新技術使引力波探測能力大幅提升_風聞

原創：牧夫天文

編譯：武強

校對：周俊傑

編排：李子琦

後台：庫特莉亞夫卡 李子琦

原文鏈接：

https://www.nao.ac.jp/news/science/2020/20200428-gwsp.html

圖為由TAMA300改造後的過濾器諧振器核心部位。

（圖片來源：國立天文台）

日本國立天文台的研究人員通過開發全球的領先新技術，利用位於三鷹市的引力波檢測儀TAMA300，成功提升了引力波探測器的靈敏度。今後，隨着這一技術被用於以大型低温引力波探測器KAGRA（日本神岡引力波探測器）為首的各大引力波探測器，我們期待能夠探測到更多的引力波現象。

2015年首次探測到引力波而獲得2017年諾貝爾物理學獎的事情還記憶猶新。現在正在觀測中的引力波干涉儀，通過檢測引力波抵達時，鏡面間的細微的距離變化來檢測引力波。雖然各鏡面之間相隔有數千米的距離，但引力波引起的距離變化極小，如果不控制量子力學上難以避免的波動，就不能檢測到引力波。這種波動表現在波的相位和振幅兩方面，具有將其中一方減小，另一方就會變大的性質。相位波動會產生高頻噪聲，振幅波動會產生低頻噪聲。如果能根據頻率選擇想要變小的波動，就能夠減少噪音。

以國立天文台引力波項目的研究人員為中心的研究團隊，對位於三鷹校區的TAMA300進行了改造，開發出控制波動的技術。TAMA300是擁有300米基線長度的激光引力波干涉儀原型機。研究團隊構建了長達300米的過濾諧振器，利用長基線和大型低温引力波探測器KAGRA製造出的防震控制等最新技術，成功實現了大型引力波探測器所需的100Hz以下的低頻波動控制。這種低頻波動的控制非常困難，在此之前沒有成功的例子。

率先驗證此項技術的可行性非常有意義，該技術不僅將在KAGRA上使用，還將應用在美國的LIGO、歐洲的Virgo等世界各地引力波探測器的下一次升級改造中。這項技術將使引力波探測器的靈敏度提高2倍，可能觀測到的引力波現象增加8倍。通過觀測更多的引力波現象，可以幫助人類獲得如雙黑洞的形成過程、廣義相對論的精密驗證、進一步瞭解中子星的各種性質、探索宇宙中重元素起源等關於宇宙的諸多新認知。

這項研究成果將以“A frequency-dependent squeezed vacuum source for broadband quantum noise reduction in advanced gravitational-wave detectors”（一種用於降低先進引力波探測器寬帶量子噪聲的頻變壓縮真空源）為題目，刊登在2020年4月28日的美國物理學專業雜誌《物理評論快報（Physical Review Letters）》上。美國麻省理工大學的研究小組也在16米的過濾諧振器上取得同樣的成果，並在同一期《物理評論快報（Physical Review Letters）》上以論文形式發表。

『天文時刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn