Come la tecnica del "quantum squeezing" aiuterà LIGO a rilevare più onde gravitazionali

Mettere la pressione sulla luce migliora gli osservatori di onde gravitazionali.

Un aggiornamento per uno di questi osservatori, il LIGO, che sfrutta una regola quantistica nota come principio di incertezza di Heisenberg, rende più facile individuare le onde nello spaziotempo che derivano da alcuni degli eventi più violenti dell'universo.

Di conseguenza, il LIGO dovrebbe rilevare fino al 65 percento in più di collisioni tra oggetti massicci come buchi neri e stelle a neutroni rispetto a quanto farebbe senza l'aggiornamento, riportano i ricercatori in un prossimo numero di Physical Review X.

Per cercare le onde gravitazionali, i ricercatori del LIGO si basano sulla luce laser che si muove in un rivelatore tra specchi posti a quattro chilometri di distanza l'uno dall'altro. Ma la luce è soggetta a una versione del principio di incertezza di Heisenberg che assicura che più si conosce l'intensità di un segnale luminoso, meno si conosce la sua frequenza. Ciò limita la capacità dei ricercatori di individuare le onde gravitazionali.

Nel 2019, gli scienziati del LIGO si sono rivolti alla "compressione" quantistica, che in effetti ha ridotto l'incertezza nella frequenza del laser e aumentato l'incertezza nella sua intensità (SN: 15/2/19). Ciò ha permesso ai ricercatori di aumentare la potenza del laser e migliorare la capacità del LIGO di individuare onde di frequenze più alte. Ma aumentare ulteriormente la potenza avrebbe reso più difficile la misurazione delle onde a bassa frequenza aggiungendo un rumore a bassa frequenza al segnale.

La soluzione, descritta nel nuovo studio, è stata quella di utilizzare la compressione quantistica per ridurre l'incertezza nell'intensità del laser a basse frequenze, riducendo al contempo l'incertezza sulla frequenza nelle misurazioni ad alta frequenza.

Anche gli osservatori di onde gravitazionali di prossima generazione beneficeranno del nuovo risultato, afferma la fisica Lisa Barsotti del MIT. "La bellezza è che si può fare entrambe le cose. Si può spingere il limite di ciò che è possibile con la tecnologia di potenza del laser e il [design] degli specchi, e poi fare compressione in aggiunta a ciò."

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