آشکار ساز جدید امواج گرانشی

به گزارش کلیک، در سال ۲۰۱۶ برای اولین بار امواج گرانشی به طور مستقیم شناسایی شدند. این پدیده در سال ۱۹۱۵ توسط نظریه نسبیت عام انیشتین پیش بینی شده بود. پس‌ازآن فیزیکدانان در سراسر دنیا مشغول برنامه‌ریزی برای آشکارسازهای بهتری برای امواج گرانشی بوده‌اند.

پروفسور فیزیک، چونونگ ژوا و دانشجوی دکتری اش هایجینگ میائو به همراه ییکیو ما اعضای یک تیم بین المللی یک آشکارساز جدید و هیجان انگیز برای امواج گرانشی طراحی کرده اند.

این طراحی جدید یک پیشرفت واقعی محسوب می‌شود زیرا می‌تواند سیگنال های زیر یک حد را که پیش از این یک مانع محسوب می‌شد، اندازه‌گیری کند. فیزیکدانان به این حد، حد کوانتومی استاندارد میگویند. این محدودیت توسط اصل عدم قطعیت کوانتوم ایجاد شده است.

این طراحی جدید که این هفته در مجله نیچر منتشر شد، نشان می‌دهد که این حد دیگر مانع نخواهد بود. با استفاده از این طرح جدید و سایر رویکردهای جدید دانشمندان ممکن است بتوانند برخورد سیاه‌چاله‌ها و لرزه های فضایی را در دنیای مرئی رصد کنند.

آشکارساز امواج گرانشی چگونه کار می‌کند؟

امواج گرانشی ارتعاشاتی نیستند که در فضا حرکت کنند، بلکه بیشتر ارتعاش خود فضا هستند.آن‌ها تاکنون اطلاعاتی در مورد جمعیت غیر منتظره و بسیار زیاد سیاه چاله ها به ما داده اند. امیدواریم مطالعات بعدی امواج گرانشی به ما در درک بهتر جهان کمک کند.

اما فناوری آشکار ساز امواج گرانشی احتمالا تاثیر به سزایی فراسوی جنبه های علمی خواهند داشت، زیرا به ما یاد می‌دهند چگونه ذرات بسیار کوچک انرژی را اندازه‌گیری کنیم.

آشکارسازهای امواج گرانشی از لیزر برای ثبت ارتعاشات بسیار کوچک ایجاد شده در فضا در هنگام تصادم سیاه چاله ها استفاده می‌کند. این تصادم‌ها، انفجارهای عظیم گرانشی ایجاد می‌کنند. آن‌ها بزرگ‌ترین انفجارهای شناخته شده در جهان هستند و جرم را مستقیما به ارتعاش فضای خالص تبدیل می‌کنند.

خم کردن و موج‌دار کردن فضا، انرژی بسیار بالایی را طلب می‌کند. آشکارسازهای ما ـ دستگاه های پیچیده ای که از آینه‌های عظیم و سنگین با لیزرهای قدرتمند ساخته شده ـ باید امتداد فضا را دریک میلیاردم یک میلیاردم متر در مقیاس چهار کیلومتر آشکارسازها اندازه‌گیری کنند. این اندازه‌گیری‌ها در حال حاضر نماینده کوچک‌ترین میزان انرژی اندازه‌گیری شده تاکنون هستند.

اما برای ستاره شناسان امواج گرانشی به اندازه کافی خوب نیست. آن‌ها نیاز به حساسیت بیشتر دارند تا بتوانند "صداهای" گرانشی قابل پیش بینی تری را بشنوند، از جمله صدای لحظه ای که جهان در بیگ بنگ متولد شد.

یک ایده مبهم از انیشتین

این مفهوم جدید در یکی از کارهای اصلی انیشتین یافت شده است. در سال ۱۹۳۵ آلبرت انیشتین و همکارانش بوریس پودولسکی و ناتان روزن تلاش کردند نظریه مکانیک کوانتومی را رد کنند .

انیشتین اثبات کرد اگر نظریه کوانتوم صحیح باشد، جفت اشیایی که فاصله زیادی از هم دارند، مانند مگس در تار عنکبوت هستند. این اتصال و درهم تنیدگی کاهش نیافته است حتی اگر این اشیا بسیار از هم دور شده باشند. انیشتین به این درهم‌تنیدگی "کنش شبح‌وار در فاصله" می گوید. وی مطمئن بود کشفش می‌تواند یک بار برای همیشه شر مکانیک کوانتوم را کم کند اما این‌طور نبود.

از دهه ۱۹۸۰ به بعد دانشمندان اثبات کردند که این درهم تنیدگی کوانتومی واقعی است. اکنون دانشمندان به این ایده شبح‌وار عادت کرده و نظریه درهم تنیدگی برای ارسال پیام های مخفی مهار شده است. در سراسر دنیا سازمان‌هایی همچون گوگل و IBM و آزمایشگاه‌های مختلف سعی کردند کامپیوتر کوانتومی مبتنی بر درهم تنیدگی بسازند.

اکنون این تیم بین المللی در نظر دارد از این مفهوم برای ایجاد آشکارساز جدید استفاده کند.

راهی جدید برای اندازه گیری امواج گرانشی

جنبه هیجان انگیز طراحی این آشکارساز جدید این است که در واقع یک راه تازه در عملیاتی کردن آشکارسازهای موجود است. به این نحو که دو بار از آشکارساز استفاده می‌کند.

یک‌بار فوتون ها در آشکارساز توسط امواج گرانشی تغییر پیدا می‌کنند تا امواج را انتخاب کند. بار دوم آشکارساز از تغییر درهم تنیدگی کوانتومی به نحوی استفاده می‌کند که پارازیت ناشی از عدم قطعیت کوانتوم ثبت نشود.

تنها چیزی که شناسایی می‌شود حرکت انعکاس های دوردست ایجاد شده توسط امواج گرانشی است. پارازیت کوانتوم ناشی از اصل عدم قطعیت در اندازه گیری ها ظاهر نخواهند شد.

در سراسر دنیا فیزیکدانان خودشان را آماده کرده اند تا این نظریه جدید را آزمایش کرده و بهترین راه اجرای آن در آشکارسازهای خود را پیدا کنند. یکی از این آشکارسازها، آشکارساز امواج گرانشی GEO در هانوفر آلمان است که بستر آزمایش فناوری های جدید بسیار و کشف تاریخی امواج گرانشی در سال گذشته بوده است.