Les détecteurs d'ondes gravitationnelles ont ouvert une nouvelle fenêtre sur l'univers en mesurant les ondulations dans l'espace-temps produites par la collision de trous noirs et d'étoiles à neutrons, mais ils sont finalement limités par les fluctuations quantiques induites par la lumière réfléchie par les miroirs. Doctorat LSU Jonathan Cripe, ancien élève de physique, et son équipe de chercheurs de LSU ont mené une nouvelle expérience avec des scientifiques de Caltech et Thorlabs pour explorer un moyen d'annuler cette réaction quantique et d'améliorer la sensibilité du détecteur.

Dans un nouveau papier en Examen physique X , les chercheurs présentent une méthode pour éliminer l'effet rétroactif quantique dans un système simplifié utilisant un miroir de la taille d'un cheveu humain et montrent que le mouvement du miroir est réduit en accord avec les prédictions théoriques. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation.

Malgré l'utilisation de miroirs de 40 kilogrammes pour détecter les ondes gravitationnelles qui passent, les fluctuations quantiques de la lumière perturbent la position des miroirs lorsque la lumière est réfléchie. Alors que les détecteurs d'ondes gravitationnelles continuent de devenir plus sensibles avec des mises à niveau incrémentielles, cette réaction quantique deviendra une limite fondamentale de la sensibilité des détecteurs, entravant leur capacité à extraire des informations astrophysiques des ondes gravitationnelles.

« Nous présentons un banc d'essai expérimental pour étudier et éliminer la réaction quantique, " a déclaré Cripe. "Nous effectuons deux mesures de la position d'un objet macroscopique dont le mouvement est dominé par l'action inverse quantique et montrons qu'en effectuant un simple changement dans le schéma de mesure, nous pouvons supprimer les effets quantiques de la mesure de déplacement. En exploitant les corrélations entre la phase et l'intensité d'un champ optique, la réaction quantique est éliminée."

Garret Cole, responsable de la technologie chez Thorlabs Crystalline Solutions (Crystalline Mirror Solutions a été acquise par Thorlabs Inc. l'année dernière), et son équipe ont construit les miroirs micromécaniques à partir d'une multicouche épitaxiale constituée d'une alternance de GaAs et d'AlGaAs. Une fonderie extérieure, IQE Caroline du Nord, fait croître la structure cristalline tandis que Cole et son équipe, y compris les ingénieurs de procédés Paula Heu et David Follman, fabriqué les dispositifs à l'installation de nanofabrication de l'Université de Californie à Santa Barbara.

"En effectuant cette mesure sur un miroir visible à l'œil nu - à température ambiante et à des fréquences audibles par l'oreille humaine - nous rapprochons les effets subtils de la mécanique quantique du domaine de l'expérience humaine, " a déclaré le candidat au doctorat LSU Torrey Cullen. " En faisant taire le murmure quantique, nous pouvons maintenant écouter les notes plus subtiles de la symphonie cosmique."

"Cette recherche est particulièrement opportune car l'Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser, ou LIGO, vient d'annoncer le mois dernier dans Nature qu'ils ont vu les effets du bruit de pression de rayonnement quantique à l'observatoire LIGO Livingston, " a déclaré Thomas Corbitt, professeur agrégé au département de physique et d'astronomie de LSU.

L'effort derrière ce papier, "Corrélations quantiques entre la lumière et les miroirs kilogramme-masse de LIGO, " a été dirigé par Nergis Mavalvala, doyen de la MIT School of Science, ainsi que le chercheur postdoctoral Haocun Yu et le chercheur Lee McCuller, tous deux au MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

"Le bruit de pression de rayonnement quantique sort déjà du bruit de fond dans Advanced LIGO, et avant longtemps, ce sera une source de bruit limitante dans les détecteurs GW, " a déclaré Mavalvala. " Des observations astrophysiques plus profondes ne seront possibles que si nous pouvons le réduire, et ce beau résultat du groupe Corbitt à LSU démontre une technique pour faire exactement cela."