TAMA300 ebnet den Weg für eine verbesserte Gravitationswellen-Astronomie

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Forscher des National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) haben die Infrastruktur des ehemaligen Gravitationswellendetektors TAMA300 in Mitaka, Tokio, genutzt, um eine neue Technik zur Reduzierung des Quantenrauschens in Detektoren zu demonstrieren.

Diese neue Technik wird die Empfindlichkeit der Detektoren erhöhen, die ein gemeinsames weltweites Gravitationswellennetzwerk bilden, so dass sie schwächere Wellen beobachten können.Als er im Jahr 2000 mit den Beobachtungen begann, war der TAMA300 einer der weltweit ersten interferometrischen Gravitationswellendetektoren im großen Maßstab.

Damals hatte der TAMA300 die höchste Empfindlichkeit der Welt und setzte eine Obergrenze für die Stärke von Gravitationswellensignalen fest; aber der erste Nachweis tatsächlicher Gravitationswellen erfolgte 15 Jahre später, 2015, durch LIGO.

Seitdem hat sich die Detektortechnologie so weit verbessert, dass moderne Detektoren mehrere Signale pro Monat beobachten.

Die aus diesen Beobachtungen gewonnenen wissenschaftlichen Ergebnisse sind bereits beeindruckend, und in den kommenden Jahrzehnten werden noch viele weitere erwartet.

TAMA300 nimmt nicht mehr an den Beobachtungen teil, wird aber immer noch als Prüfstand für neue Technologien zur Verbesserung anderer Detektoren verwendet.Die Empfindlichkeit heutiger und zukünftiger Gravitationswellendetektoren ist bei fast allen Frequenzen durch Quantenrauschen begrenzt, das durch die Auswirkungen von Vakuumfluktuationen der elektromagnetischen Felder verursacht wird.

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Aber selbst dieses inhärente Quantenrauschen kann umgangen werden.

Es ist möglich, die Vakuumfluktuationen so zu manipulieren, dass die Quantenunsicherheiten umverteilt werden, wobei eine Art von Rauschen auf Kosten der Erhöhung einer anderen, weniger hinderlichen Art von Rauschen verringert wird.

Diese Technik, bekannt als Vakuumquetschen, wurde bereits in Gravitationswellendetektoren implementiert, wodurch deren Empfindlichkeit gegenüber höherfrequenten Gravitationswellen stark erhöht wurde.

Aber die optomechanische Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld und den Spiegeln des Detektors bewirkt, dass sich die Wirkung der Vakuumquetschung in Abhängigkeit von der Frequenz ändert.

Also bei niedrigen Frequenzen,….

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