2013: Сжатый свет улучшает чувствительность детектора гравитационных волн LIGO

Физики МГУ в международной коллаборации LIGO Scientific Collaboration экспериментально показали, что сжатый свет позволяет существенно улучшить чувствительность интерферометра гравитационных волн LIGO. 

В настоящее время в мире функционирует сеть лазерных интерферометрических гравитационно-волновых обсерваторий, цель которых -- детектирование предсказанных Эйнштейном почти столетие назад гравитационных волн от астрофизических источников. Эти устройства представляют собой интерферометры Майкельсона с длинами плеч от сотен метров до нескольких километров, позволяющие с чрезвычайно высокой точностью (аттометры) измерять относительные вариации расстояния между их пробными массами. Две крупнейшие и наиболее чувствительные из них, LIGO Hanford Observatory (LHO) and LIGO Livingston Observatory (LLO), находятся под "научным руководством" международной организации LIGO  Scientific Collaboration (LSC), объединяющей ученых из нескольких десятков университетов и институтов по всему миру, в том числе и с физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. 

Результаты выполненного физиками МГУ в международной коллаборации LIGO в обсерватории LHO уникального эксперимента по инжекция в интерферометр света с подавленными квантовыми флуктациями (сжатого света) продемонстрировали рекордную на настоящий момент чувствительность для таких устройств. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Photonics 7, 613-619 (2013).

Что такое сжатый свет? Электромагнитная волна может быть описано двумя некоммутирующими канонически сопряженными операторами, известными как "фазовая" и "амплитудная" квадратуры. В обычном (когерентном) состоянии неопределенности этих квадратур равны друг другу. В сжатом состоянии неопределенность одной из них уменьшена, у другой -- пропорционально увеличена. В обоих случаях, произведение неопределенностей всегда удовлетворяет неравенству Гейзенберга. 

В проведенных экспериментах генерировался сжатый свет с длиной волны 1064 нм посредством вырожденного параметрического преобразования частоты вниз. Надо отметить, что в этих экспериментах квантовые флуктуации света были основным источником шума на частотах выше 400 Гц, и вносили существенный вклад в суммарный шум на частотах выше 150 Гц. Увеличение чувствительности за счет использования сжатого света позволило получить наилучшую на настоящий момент чувствительность к широкополосным источникам гравитационных волн.