Les physiciens ont développé avec succès un nouvel instrument qui réduit considérablement le bruit de niveau quantique qui a jusqu'à présent limité la capacité des expériences à repérer les ondes gravitationnelles. On pense que les collisions entre les trous noirs massifs et les étoiles génèrent ces ondulations dans l'espace-temps qui ont été détectées pour la première fois en 2015. Au total, environ 11 détections ont été pleinement confirmées jusqu'à présent.

L'appareil marque une amélioration majeure par rapport à l'observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser, ou LIGO, augmentant sa portée de détection de 15%. Puisque le ciel est une sphère, les scientifiques s'attendent à pouvoir détecter environ 50 % d'ondes gravitationnelles en plus. Ils prédisent maintenant qu'ils capteront des dizaines de ces événements rarement détectés au cours de l'expérience en cours de LIGO jusqu'en avril 2020, qui pourraient transformer leur compréhension des phénomènes. La collaboration a publié ses résultats aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique .

"C'est vraiment le tournant, car maintenant on peut vraiment faire des statistiques" avec toutes ces détections, dit Lisa Barsotti, un astrophysicien du MIT et l'un des scientifiques à la tête de l'effort. "C'est pourquoi cela devient une nouvelle ère dans l'astronomie des ondes gravitationnelles."

Les détecteurs LIGO à Hanford, Washington et Livingston, La Louisiane révèle une onde gravitationnelle entrante à l'aide d'interféromètres géants. Ceux-ci impliquent des lasers rebondissant sur des miroirs et voyageant le long de deux bras en forme de L de 4 kilomètres de long. Une onde gravitationnelle sollicite les bras de sorte que la paire de faisceaux laser se déphase.

Mais la capacité des physiciens à détecter un si petit signal est limitée par un bruit quantique apparemment insurmontable, en raison de fluctuations aléatoires qui modulent légèrement le temps d'arrivée des photons, les plus petits bits quantiques de lumière laser. Pour y remédier, Barsotti et ses collègues utilisent un "pressoir" quantique, " un cristal dans la cavité des bras de l'interféromètre qui manipule les interactions entre le laser et le vide quantique et produit de plus petites fluctuations parmi les photons.

La réalisation a réuni une expertise en physique quantique et en astrophysique et permet des détections plus sensibles de trous noirs et d'étoiles à neutrons extrêmement denses lorsqu'ils s'entrechoquent. D'autres objets en collision, comme des explosions de supernova et des étoiles plus typiques, créer des ondes gravitationnelles encore trop petites pour être détectées avec les technologies actuelles.

Des dispositifs de compression quantique similaires sont également testés par les homologues européens de LIGO dans Advanced Virgo, à l'aide de détecteurs construits dans le nord de l'Italie. Barsotti prédit que la lumière comprimée quantique deviendra la norme pour tous les détecteurs de nouvelle génération, comme l'explorateur cosmique proposé, qui aurait des bras s'étendant sur 40 kilomètres au sol, augmentant encore sa sensibilité.

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