Une équipe de chercheurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), aux États-Unis, a développé ce qu’ils décrivent comme un système de lumière comprimée pour améliorer la sensibilité de détection.
Dans leur journal publié dans la revue Sciencele groupe décrit comment ils ont apporté des modifications à l’observatoire qui ont réduit le scintillement, ce qui a entraîné une augmentation du nombre d’ondes gravitationnelles détectées.
Yoichi Aso, de l’Observatoire astronomique national du Japon, a publié un Pièce en perspective dans le même journal expliquant comment fonctionne LIGO et pourquoi l’équipe qui y travaille a pu améliorer la sensibilité des observatoires.
En 2017, une équipe de Caltech a reçu le prix Nobel de physique pour ses travaux qui ont conduit au développement de LIGO et à la détection éventuelle d’ondes gravitationnelles en 2015. De telles ondulations dans le tissu spatial ont confirmé les théories proposées à l’origine par Albert Einstein. Depuis lors, l’équipe du LIGO a continué à détecter les ondes gravitationnelles tout en s’efforçant d’améliorer ses capacités de détection.
L’observatoire LIGO fonctionne en divisant un faisceau laser et en envoyant les résultats dans deux longs tunnels perpendiculaires l’un à l’autre, puis en les renvoyant à l’aide de miroirs. Les différences dans les faisceaux sont la preuve d’ondes gravitationnelles : elles élargissent l’espace-temps dans les bras qui maintiennent les tunnels.
Depuis sa construction, les scientifiques du LIGO savent que déterminer la différence entre les ondes gravitationnelles et les scintillements dans les champs quantiques peut être problématique, et c’est pour cette raison qu’ils ont travaillé pour améliorer la sensibilité.
Dans ce nouvel effort, l’équipe a ajouté un cristal spécialement conçu au détecteur, ainsi que de nouveaux miroirs et plusieurs lentilles. Ce faisant, ils ont réussi à « presser » la lumière des faisceaux dans un état quantique, ce qui a entraîné une réduction du scintillement.
Les premiers tests ont montré que les améliorations aidaient uniquement à détecter des ondes gravitationnelles supplémentaires à hautes fréquences. Cela a conduit à des modifications permettant la détection d’ondes gravitationnelles supplémentaires à des fréquences plus basses.
Ensemble, ces améliorations ont eu ce que l’équipe décrit comme un « effet stupéfiant » : le nombre d’ondes gravitationnelles détectées a soudainement doublé. Et cela, ont-ils noté, leur permet d’étudier de plus grandes parties de l’univers. Ils soupçonnent que ces améliorations permettront de nouvelles sciences, comme l’étude des trous noirs qui ont fusionné presque jusqu’à l’époque de la formation des premières étoiles.
Plus d’informations :
Wenxuan Jia et al, Réduire le bruit quantique d’un détecteur d’ondes gravitationnelles en dessous de la limite quantique standard, Science (2024). DOI : 10.1126/science.ado8069
Yoichi Aso, Repousser les limites de la détection des ondes gravitationnelles, Science (2024). DOI : 10.1126/science.ads1544
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