Botsende zwarte gaten spotten met Heisenbergs onzekerheid

Het beroemde onzekerheidsprincipe dat Werner Heisenberg, een quantumtheorie-pionier, ooit formuleerde wordt gebruikt om metingen van zwaarte­krachts­golf­detectoren nog nauwkeuriger te maken.

Trefwoorden: #amplitude, #armen, #buis, #detector, #fase, #grootheid, #Heisenberg, #laserlicht, #LIGO, #Mattheo Tacca, #meetarm, #Nikhef, #NWO, #Pisa, #precisie, #quantum, #ruis, #squeezing, #Virgo, #zwaartekrachtsgolf

Lees verder

research

( Foto: Nikhef )

ENGINEERINGNET.BE - De verbeterde Virgo en LIGO detectoren zijn tot 40% gevoeliger dan voorheen, wat vooral geldt voor trillingen met een hoge frequentie. Nu is het lastig om zulke hoogfrequente trillingen goed waar te nemen, omdat de lasersystemen in datzelfde gebied natuurlijke ruis veroorzaken.

Uitgerekend daar kan slim gebruik van de onzekerheidsrelatie van Heisenberg verbetering geven, zegt Mattheo Tacca van Nikhef. Hij is nauw betrokken bij de nieuwe ruisonderdrukkende technieken in Virgo.

Het principe van Heisenberg zegt dat sommige samenhangende grootheden niet tegelijk met oneindige precisie zijn te meten.

Voor de golven van het laserlicht in de kilometers lange armen van de LIGO- en Virgo detectoren geldt dat hun amplitude (intensiteit) en fase (timing) niet tegelijk te meten zijn. Als de ene eigenschap scherper wordt gedefinieerd, wordt de andere minder scherp.

Het afgelopen jaar is in de detectoren een techniek geïntroduceerd die squeezing wordt genoemd. Daarbij wordt de natuurlijke variatie in de fase van de lasergolf onderdrukt. Dat gaat ten koste van de amplitude, maar die doet er voor de detectie van een zwaartekrachtsgolf niet zo toe.

Die detectie vindt plaats doordat lasergolven elkaar al dan niet even uitdoven; daarvoor is bij hoge frequenties vooral de timing relevant en niet de exacte sterkte.

Squeezing zal nog verder worden geperfectioneerd, aldus Tacca. Vorig jaar ontving Nikhef van de Nederlandse wetenschapsfinancier NWO ruim 3,5 miljoen euro voor het bouwen van een extra ruisonderdrukkend lasersysteem op de Virgo-detector in Pisa.

Ook daarin wordt per frequentie andere quantum squeezing toegepast, waardoor de gevoeligheid voor alle signalen wordt verbeterd. Tacca verwacht een factor twee of meer gevoeligheid in Virgo.

Dit apparaat bestaat uit een extra buis van 300 meter lang die in Pisa parallel aan een van de meetarmen wordt ingebouwd. ‘De apparatuur moet getest zijn en klaar om in te passen, om zo min mogelijk kostbare meettijd te verliezen’, zegt Tacca.