翻訳者から：
この記事は、可能性についての一種の発表です。デビッドブレア教授は、重力波検出器の感度を40倍以上向上させる道を開く科学的研究を要約しています。実際には、この発表は、宇宙に関するまったく異なるポピュラーサイエンスプログラムが間もなく見られることを意味します。そして、これはもちろん、ケーキの上のチェリーです。検出器は桁違いに感度が高く、これは宇宙の物理学に関する新しい知識です。視点が魅力的で、このテキストを翻訳して共有せざるを得ませんでした。
2017年、天文学者は初めてブラックホールの誕生を目撃しました。重力波検出器は、ブラックホールを形成した2つの中性子星の衝突によって引き起こされた時空の波紋を拾い上げ、その後、他の望遠鏡がその結果、つまり爆発を観測しました。
しかし、ブラックホールがどのように形成されたかの本当の詳細、それが事象の地平線内に隠される前の物質の動きの詳細は、見過ごされていました。これは、これらの最後の瞬間に放出された重力波の周波数が非常に高いため、今日の検出器がそれらを捕らえられないために発生しました。普通の物質がどのようにブラックホールに変わるかを見ることができれば、それはビッグバンに似ていますが、反対方向です。重力波検出器を設計する科学者たちは、通常の物質がブラックホールに変化するのを観察できるように、検出器の感度を上げる方法を見つけるために一生懸命働いてきました。
今日、私たちのチームは記事を公開し ています、検出器の感度を上げる方法を説明しています。提案された解決策は、検出器を必要な高周波に対して40倍敏感にし、 天文学者がブラックホールで形成される物質を聞くことを可能にする可能性があります。私たちは、2種類の量子振動の混合物である新しい珍しいエネルギーのパッケージ（または「量子」）の作成について話している。必要な感度を実現するために、このテクノロジーに基づくデバイスを既存の重力波検出器と組み合わせることができます。
量子問題
米国のレーザー干渉計重力波観測所のような重力検出器は、 レーザーを使用して、2つのミラー間の距離の非常に小さな変化を測定します。レーザーは単一の陽子のサイズの1000分の1の変化を測定するため、量子力学、個々の粒子の物理学、またはエネルギーの量子の効果は、このような検出器の動作に重要な役割を果たします。
アルバートアインシュタインによって予測された2種類の異なる量子エネルギーパケットが含まれます。 1905年、アインシュタインは、光がエネルギーのパケットで空間を移動すると予測しました。これを光子と呼び ます。 2年後、科学者は、熱エネルギーと音響エネルギーが他のエネルギーパケット（フォノン）の空間を通過すると予測しました。 ..。光子は現代の技術で広く使用されていますが、フォノンはこの意味ではるかに洗練されています。個々のフォノンは通常、膨大な数のランダムなフォノン、つまり独自の環境の熱に浸されています。重力波検出器では、フォノンは検出器のミラー内で跳ね返るときにミラーの感度を低下させ ます。
5年前、物理学者は、フォノンと光子を組み合わせたデバイスが高周波での不十分な感度 の問題を解決できることに気づきました 。科学者たちは、エネルギーがフォノンと光子の特性を持つ量子パケットで転送されるデバイスにも、非常に注目すべき機能があることを示しています。
これらのデバイスは、「共鳴増幅」と呼ばれるおなじみの概念の根本的な変化を伴います。遊び場でブランコを軽く押すと、共鳴増幅が発生します。適切なタイミングでブランコを押すと、小さな揺れが大きなブランコにつながります。WLCと呼ばれる新しい デバイスは、すべての周波数を均等に増幅する必要があります。スイングのようなもので、いつでも押すことができ、大きなスイングを実現します。しかし、このようなデバイス内のフォノンは、加熱によって発生するランダムな振動で過負荷になるため、これら2つのデバイスのいずれかを作成する方法はまだ誰も理解していません。
量子ソリューション
では 、私たちの仕事、に掲載された コミュニケーション物理学、私たちは、科学者たちは、今日で作業している2つの異なるプロジェクトは、検出器の感度を上げることができます方法を示しています。
- コペンハーゲンのニールスボーア研究所は、フォノン結晶と呼ばれる装置を開発しています。この装置では、薄い膜に刻まれた結晶構造によって熱振動が制御されます。
- オーストラリアのエンジニアリングセンターオブエクセレンスクォンタムシステムは、フォノンが超高純度石英レンズ内に閉じ込められている代替システムも実証しています。
この論文は、これらのシステムの両方が、虹のパターンとは反対の光周波数を伝搬する「負の分散」を作成するために必要な要件を満たしていることを示しています。この分散は、WLCに必要です。既存の重力波検出器の背面に追加された両方のシステムは、ブラックホールが発生するのを聞くために必要な数キロヘルツの周波数での感度を40倍以上改善する可能性があります。
次は何ですか？
私たちの研究は、重力検出器の改善の問題をすぐには解決しません。これらのデバイスを実用的なツールに変換することは、非常に大きな実験的課題を提示します。しかし、この研究は、ブラックホールの誕生を観測するために必要な検出器の感度を40倍に高める道を開いています。
天体物理学者は、これらの巨人がブラックホールを形成するときに 、中性子星のけいれんによって生成される重力波の複雑な形状を予測し ました ..。これらの重力波は、私たちが死にゆく中性子星の核物理学を聞くことを可能にするかもしれません。たとえば、これらの波は、中性子が星の中で中性子のままであるかどうか、またはそれらがクォークの海（最小の亜原子粒子）に崩壊するかどうかを明確に示すことができることが示されてい ます。中性子がどのようにクォークに変わり、ブラックホールの特異点に消えるのかを見ることができれば、観測されたプロセスは、宇宙を作った粒子が特異点から出現したビッグバンとは正反対です。