Les détecteurs d’ondes gravitationnelles utilisent des faisceaux laser dans des tubes s’étendant sur plusieurs kilomètres
soutien aux filles
Les ondes gravitationnelles s’étendant sur des milliers, voire des milliards de kilomètres, peuvent être masquées par les plus petites fluctuations quantiques de l’espace-temps détectées par nos détecteurs. Mais maintenant, des chercheurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ont trouvé un moyen de vaincre ce bruit quantique. En conséquence, ils découvrent presque deux fois plus d’événements cosmiques qu’auparavant.
« Nous avons réalisé très tôt que le bruit quantique nous limiterait. Ce n’est pas seulement une chose (quantique) mignonne à montrer, c’est quelque chose qui affecte réellement le détecteur », explique Wen Xuan Jia Au Massachusetts Institute of Technology.
LIGO détecte les ondes gravitationnelles, qui sont des ondulations dans la structure de l’espace-temps créées par des événements cosmiques dramatiques tels que des collisions entre trous noirs. Pour ce faire, il tire un faisceau laser le long de chacun de ses deux bras de 4 kilomètres de long, perpendiculaires l’un à l’autre. Le passage d’une onde gravitationnelle écrase et étire la partie de l’espace-temps où se trouvent ces bras, créant un petit écart entre les distances parcourues par les deux rayons.
Mais cet écart est si minime qu’il peut être difficile de dire s’il est dû aux ondes gravitationnelles ou au scintillement presque invisible des champs quantiques qui imprègnent l’espace, y compris la lumière laser. Les chercheurs ont découvert que modifier les propriétés quantiques de la lumière pourrait les aider à supprimer le crépitement des champs quantiques et à obtenir un signal d’onde gravitationnelle plus clair.
Ils ont ajouté plusieurs dispositifs au détecteur, dont un cristal spécial et plusieurs lentilles et miroirs, qui fonctionnent tous ensemble pour « presser » la lumière de LIGO dans un état quantique, où les interactions entre les particules lumineuses réduisent le scintillement.
LIGO a réalisé sa première analyse avec de la lumière comprimée en 2020, mais la méthode n’a fonctionné que pour les ondes gravitationnelles de fréquences relativement élevées – les ondes de fréquences plus basses produisaient en fait un signal plus bruyant qu’on ne le pensait auparavant. Jia et ses collègues ont modifié le processus de compression pour qu’il fonctionne aussi bien aux hautes qu’aux basses fréquences avant l’exécution de LIGO en 2023. Ce changement a eu un effet surprenant : le nombre d’ondes gravitationnelles détectées a presque doublé, permettant à la machine de révéler efficacement une plus grande partie de notre univers.
« Repousser les limites de la mesure quantique a également repoussé les limites de la mesure de l’espace-temps, ce qui est vraiment une belle chose », déclare Hannah Tchad À l’Université d’État de Pennsylvanie. Il affirme que cette précision améliorée permettra à LIGO d’observer les fusions de trous noirs « jusqu’à la formation des premières étoiles ».
Bruce Allen Un chercheur de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle en Allemagne a déclaré qu’il existe plusieurs nouveaux types d’ondes gravitationnelles que les physiciens aimeraient voir avec la nouvelle précision du LIGO. Cela inclut les ondes émises en continu par les étoiles à neutrons bosselées, ainsi que celles émises lorsqu’elles entrent en collision avec quelque chose, qui ont été à l’origine de la plupart des ondes gravitationnelles détectées jusqu’à présent.
Cette mise à niveau ouvre également la porte à des découvertes entièrement nouvelles, car elle pourrait aider à sonder le fond d’ondes gravitationnelles qui imprègne l’espace-temps. « Chaque fois que vous augmentez la sensibilité (de vos détecteurs), vous augmentez vos chances de rencontrer quelque chose d’inattendu », explique Allen.
Sujet:
