Miniaturowy detektor o wielkich możliwościach
Eksperyment Quantum Enhanced Space-Time measurement to interferometr mieszczący się na stole laboratoryjnym, który dorównuje czułością wielkim instalacjom takim jak LIGO. Urządzenie opracowane przez fizyków z Cardiff potrafi wykrywać zmiany długości sięgające zaledwie 100 bilionowych części szerokości pojedynczego włosa. Kluczem do sukcesu okazało się połączenie danych z dwóch niezależnych interferometrów. Dzięki tej technice badacze mogą efektywnie eliminować zakłócenia i wyłapywać subtelne sygnały z niespotykaną dotąd precyzją.
Czytaj też: Naukowcy złapali elektrony w pułapkę czasu. Samochody na elektronowej autostradzie pod kontrolą fizyków
Nasz eksperyment próbuje odpowiedzieć na pytanie, czy czasoprzestrzeń jest “skwantyzowana”. Współczesna fizyka traktuje przestrzeń i czas nie jako dwie oddzielne rzeczy, ale jako pojedynczą jednostkę fizyczną – wyjaśnia Abhinav Patra, główny autor badania
Prawdziwym celem tych badań nie jest samo bicie rekordów, lecz odpowiedź na fundamentalne pytanie o naturę czasoprzestrzeni. Naukowcy chcą sprawdzić, czy podobnie jak inne pola fizyczne, składa się ona z niepodzielnych, minimalnych porcji. Fluktuacje w strukturze czasoprzestrzeni mogą stanowić ślad kwantowej grawitacji, co interferometry są w stanie wykryć. Zespół z Cardiff wykorzystał swoje wieloletnie doświadczenie w badaniu fal grawitacyjnych, po raz pierwszy stosując w tym celu interferometr stołowy. Eksperyment pozwala również ustalić nowe granice dla istnienia fal grawitacyjnych o ekstremalnie wysokich częstotliwościach. Te hipotetyczne zjawiska mogłyby pochodzić z pierwotnych czarnych dziur lub procesów zachodzących w najwcześniejszych momentach istnienia wszechświata.
QUEST jest interferometrycznym podejściem do problemu grawitacji kwantowej. W tym badaniu demonstrujemy, jak niezwykle czułe mogą być interferometry stołowe – dodaje Hartmut Grote, współautor badania
Możliwości badawcze i ograniczenia
Cztery lata przygotowań to dopiero początek drogi. Naukowcy planują wielomiesięczne sesje obserwacyjne, które mają jeszcze poprawić czułość detekcji. Choć wyniki są imponujące, to dotarcie do kwantowej natury grawitacji może wymagać jeszcze nieco cierpliwości. Doświadczenie zdobyte podczas prac nad QUEST znajdzie zastosowanie przy budowie kolejnej generacji detektorów fal grawitacyjnych. Jak zauważa profesor Grote, projekt wykorzystuje wszystkie dotychczasowe osiągnięcia w dziedzinie interferometrii. Pierwsze wyniki opublikowane w Physical Review Letters pokazują, że niewielkie interferometry mogą konkurować z ogromnymi instalacjami w niektórych obszarach badań. To dobra wiadomość dla mniejszych ośrodków naukowych, które nie dysponują kilometrowymi tunelami jak LIGO czy Virgo. QUEST bez wątpienia stanowi ważny krok w demokratyzacji badań fundamentalnych – czasem bowiem największe odkrycia rodzą się w najmniejszych laboratoriach.