Wie Quanten-"Squeezing" LIGO helfen wird, mehr Gravitationswellen zu erkennen.

Das Zusammendrücken von Licht verbessert Gravitationswellen-Observatorien.

Ein Upgrade an einem solchen Observatorium, dem LIGO, das durch die Ausnutzung einer quantenmechanischen Regel, bekannt als das Heisenberg'sche Unschärfeprinzip, erfolgt, erleichtert das Erkennen von Raumzeit-Wellen, die aus einigen der gewalttätigsten Ereignisse im Kosmos entstehen.

Als Ergebnis sollte das LIGO bis zu 65 Prozent mehr Kollisionen zwischen massereichen Objekten wie Schwarzen Löchern und Neutronensternen erkennen können als ohne das Upgrade, berichten Forscher in einer kommenden Ausgabe des Physical Review X.

Um nach Gravitationswellen zu suchen, nutzen LIGO-Forscher Laserlicht, das sich in einem Detektor zwischen vier Kilometer voneinander entfernten Spiegeln bewegt. Aber Licht unterliegt einer Version des Heisenberg'schen Unschärfeprinzips, das sicherstellt, dass je mehr man über die Intensität eines Lichtsignals weiß, desto weniger weiß man über seine Frequenz. Das begrenzt, wie gut Forscher Gravitationswellen erkennen können.

Im Jahr 2019 wandten sich LIGO-Wissenschaftler dem quantenmechanischen "Zusammendrücken" zu, das die Unschärfe in der Frequenz des Lasers verringert und gleichzeitig die Unschärfe in seiner Intensität erhöht (SN: 15.02.2019). Dadurch konnten die Forscher die Leistung des Lasers steigern und die Fähigkeit von LIGO verbessern, Wellen höherer Frequenzen zu erkennen. Aber die Leistung weiter zu erhöhen hätte das Messen von Wellen niedrigerer Frequenzen erschwert, indem ein niederfrequentes Rauschen dem Signal hinzugefügt worden wäre.

Die Lösung, die in der neuen Studie beschrieben wird, bestand darin, das "Zusammendrücken" zu nutzen, um die Unschärfe in der Intensität des Lasers bei niedrigen Frequenzen zu verringern, während die Frequenzunschärfe bei höherfrequenten Messungen reduziert wurde.

Sogar zukünftige Gravitationswellen-Observatorien werden von den neuen Ergebnissen profitieren, sagt die Physikerin Lisa Barsotti vom MIT. "Das Schöne daran ist, dass beides möglich ist. Man kann die Grenze dessen, was durch die Technologie von Laserleistung und Spiegeldesign möglich ist, ausloten und dann noch das Zusammendrücken hinzufügen."

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