Чувствительность установок, которые сейчас пытаются обнаружить предсказанные Эйнштейном гравитационные волны, можно повысить более чем в три раза, если заменить обычные лазеры, при помощи которых ученые пытаются «поймать» эти волны гравитации, на устройства, излучающие так называемый «сжатый» свет, пишут британские и немецкие физики в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

В отличие от «обычного» света, который одновременно является электромагнитной волной и потоком частиц-фотонов, сжатый свет представляет собой упорядоченный «набор» фотонов, поведение которого объясняется квантовыми законами. Свет можно «сжать» при помощи нелинейно-оптических кристаллов – в них свет «расщепляется» на связанные пары фотонов, которые постепенно накапливаются внутри кристалла. Через некоторое время количество фотонов достигает критического значения, и они вылетают из кристалла в виде упорядоченного потока.

Принцип неопределенности Гейзенберга – фундаментальный закон квантовой механики – ограничивает точность измерения скорости и положения частиц. Сжатие света позволяет минимизировать эту неточность – принцип неопределенности превращается из неравенства в равенство, то есть сжатый свет позволяет максимально точно измерить один из двух параметров – его амплитуду или фазу.

Группа физиков под руководством Романа Шнабеля (Roman Schnabel) из Института гравитационной физики Общества Макса Планка в Ганновере использовала сжатый свет для улучшения чувствительности гравитационного детектора GEO600 в городе Зарштедт (Германия).

Эта гравитационная обсерватория, как и два других устройства – американский интерферометр LIGO и французско-итальянская лаборатория Virgo – пытается «поймать» так называемые гравитационные волны – колебания пространства-времени, существование которых предсказывает общая теория относительности Альберта Эйнштейна.

Такие волны, согласно теории, испускает любая материя, движущаяся с ускорением. Чем выше ускорение и масса объекта, тем они «выше». Потенциальные источники этих волн, в числе которых – пары нейтронных звезд и белых карликов – расположены так далеко от Земли, что исходящие от них волны практически невозможно зафиксировать из-за того, что они сливаются с общим гравитационным фоном.

Как отмечают Шнабель и его коллеги, гравитационные волны не удается обнаружить из-за недостаточной точности лазерных интерферометров – устройств, измеряющих искажения расстояния между двумя половинками детектора при помощи лазерного луча.

Физики собрали несколько излучателей сжатого света и заменили ими часть обычных лазеров в детекторе GEO600. Как утверждают авторы статьи,

это улучшило чувствительность гравитационной обсерватории GEO600 примерно в 3,4 раза.

В отличие от «обычных» лазеров, излучатели сжатого света не нагревают зеркала детектора – это позволит охладить обсерваторию до температур, близких к абсолютному нулю, что еще раз повысит его точность.

Ученые предполагают, что точность GEO600 можно будет повысить примерно в десять раз, если улучшить другие оптические компоненты обсерватории – зеркала, линзы и фотодатчики.