เครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง เช่นLaser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO)ในสหรัฐอเมริกาใช้เลเซอร์เพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยอย่างเหลือเชื่อในระยะห่างระหว่างกระจกสองบาน เนื่องจากพวกมันวัดการเปลี่ยนแปลงที่เล็กกว่าขนาดของโปรตอนเดี่ยวถึง 1,000 เท่า ผลกระทบของกลศาสตร์ควอนตัม – ฟิสิกส์ของอนุภาคเดี่ยวหรือควอนตัมของพลังงาน – จึงมีบทบาทสำคัญในวิธีการทำงานของเครื่องตรวจจับเหล่านี้
แพ็คเก็ตควอนตัมของพลังงานสองชนิดที่แตกต่างกันเกี่ยวข้องกัน
ซึ่งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ทำนายไว้ทั้งสองแบบ ในปี 1905 เขาทำนายว่าแสงจะมาในรูปของพลังงานที่เราเรียกว่าโฟตอน สองปีต่อมา เขาทำนายว่าพลังงานความร้อนและเสียงจะมาในรูปของพลังงานที่เรียกว่าโฟ นัน
โฟตอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีสมัยใหม่ แต่โฟตอนนั้นควบคุมได้ยากกว่ามาก โฟนอนแต่ละตัวมักล้นไปด้วยโฟนันสุ่มจำนวนมากซึ่งเป็นความร้อนจากสภาพแวดล้อม ในเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง โฟนันจะสะท้อนไปมาภายในกระจกของเครื่องตรวจจับ ซึ่งทำให้ความไวของคลื่นลดลง
เพิ่มเติม: ออสเตรเลียเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามระดับโลกในการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วง
เมื่อห้าปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ตระหนักว่าคุณสามารถแก้ปัญหาความไวที่ไม่เพียงพอที่ความถี่สูงด้วยอุปกรณ์ที่รวมโฟตอนกับโฟตอน พวกเขาแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ที่บรรจุพลังงานในแพ็กเก็ตควอนตัมที่มีคุณสมบัติของโฟตอนและโฟตอนร่วมกันสามารถมีคุณสมบัติที่โดดเด่นทีเดียว
อุปกรณ์เหล่านี้จะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอย่างสิ้นเชิงกับแนวคิดที่คุ้นเคยซึ่งเรียกว่า “การขยายเสียงสะท้อน” การขยายเสียงสะท้อนคือสิ่งที่คุณทำเมื่อคุณผลักชิงช้าในสนามเด็กเล่น: หากคุณผลักในเวลาที่เหมาะสม การผลักเพียงเล็กน้อยทั้งหมดจะทำให้เกิดการแกว่งครั้งใหญ่
อุปกรณ์ใหม่นี้เรียกว่า “โพรงแสงสีขาว” จะขยายความถี่ทั้งหมดเท่าๆ กัน นี่เป็นเหมือนวงสวิงที่คุณสามารถผลักครั้งเก่า ๆ และยังคงได้ผลลัพธ์ที่ยิ่งใหญ่
อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครหาวิธีสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ได้ เนื่องจากโฟนอนที่อยู่ภายในจะถูกแรงสั่นสะเทือนแบบสุ่มที่เกิดจากความร้อนท่วมท้น
ในเอกสารของเราซึ่งตีพิมพ์ใน Communications Physics
เราแสดงให้เห็นว่าโครงการที่แตกต่างกันสองโครงการที่กำลังดำเนินการอยู่สามารถทำงานนี้ได้อย่างไร
สถาบัน Niels Bohr ในโคเปนเฮเกนได้พัฒนาอุปกรณ์ที่เรียกว่า phononic crystals ซึ่งการสั่นสะเทือนจากความร้อนจะถูกควบคุมโดยโครงสร้างคล้ายคริสตัลที่ตัดเป็นเยื่อบาง ๆ ศูนย์ความเป็นเลิศด้านระบบควอนตัมเชิงวิศวกรรมของออสเตรเลียได้สาธิตระบบทางเลือกที่โฟนันติดอยู่ภายในเลนส์ควอตซ์บริสุทธิ์พิเศษ
เราแสดงให้ทั้งสองระบบนี้เป็นไปตามข้อกำหนดในการสร้าง “การกระจายตัวแบบเนกาทีฟ” ซึ่งกระจายความถี่แสงในรูปแบบรุ้งย้อนกลับ ซึ่งจำเป็นสำหรับช่องแสงสีขาว
เมื่อเพิ่มทั้งสองระบบเข้าไปในส่วนหลังของเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่มีอยู่แล้ว จะปรับปรุงความไวที่ความถี่ไม่กี่กิโลเฮิรตซ์ถึง 40 เท่าหรือมากกว่าที่จำเป็นสำหรับการฟังการกำเนิดของหลุมดำ
อะไรต่อไป?
การวิจัยของเราไม่ได้แสดงถึงวิธีแก้ปัญหาในทันทีในการปรับปรุงเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วง มีความท้าทายในการทดลองอย่างมากในการทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้จริง แต่มันเสนอเส้นทางไปสู่การปรับปรุงเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่จำเป็นสำหรับการสังเกตการเกิดหลุมดำถึง 40 เท่า
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ทำนายรูปคลื่นความโน้มถ่วงที่ซับซ้อนซึ่งเกิดจากการชักกระตุกของดาวนิวตรอนขณะที่พวกมันก่อตัวเป็นหลุมดำ คลื่นความโน้มถ่วงเหล่านี้สามารถช่วยให้เราฟังฟิสิกส์นิวเคลียร์ของดาวนิวตรอนที่กำลังยุบตัวได้
ตัวอย่างเช่น มีการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าสามารถเปิดเผยได้อย่างชัดเจนว่านิวตรอนในดาวยังคงเป็นนิวตรอนหรือไม่ หรือว่าพวกมันจะแตกตัวกลายเป็นทะเลควาร์กซึ่งเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่เล็กที่สุดในบรรดาอนุภาคทั้งหมด ถ้าเราสามารถสังเกตเห็นว่านิวตรอนเปลี่ยนเป็นควาร์กแล้วหายไปในเอกฐานของหลุมดำ มันจะเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับบิกแบงตรงที่ซึ่งอนุภาคต่างๆ
วันนี้ทีมงานของเรากำลังเผยแพร่เอกสารที่แสดงให้เห็นว่าสามารถทำได้อย่างไร ข้อเสนอของเราอาจทำให้เครื่องตรวจจับมีความไวต่อความถี่สูงที่เราต้องการมากขึ้น 40 เท่า ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถฟังสสารขณะที่มันก่อตัวเป็นหลุมดำได้
มันเกี่ยวข้องกับการสร้างกลุ่มพลังงานใหม่แปลก ๆ (หรือ “ควอนตัม”) ซึ่งเป็นการผสมกันของการสั่นสะเทือนควอนตัมสองประเภท สามารถเพิ่มอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้เข้ากับเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงที่มีอยู่เพื่อเพิ่มความไวที่จำเป็น
Credit : สล็อตโรม่าเว็บตรง / สล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรง
