مکانیک کوانتومی، به دلیل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، محدودیتی بنیادی در دقت اندازه‌گیری‌های پیوسته ایجاد می‌کند و به عبارتی عمل برگشتی باعث افزایش عدم قطعیت در متغیر‌های مزدوج می‌شود. تاکنون پیشنهادات متعددی برای بهبود حساسیت آشکارسازهای امواج گرانشی مطرح شده، حالا دانشمندان در پژوهشی موفق شده‌اند به خلا کوانتومی در دمای اتاق گوش دهند و عمل بازگشتی را اندازه گیری کنند که این امر موجب افزایش حساسیت آشکارسازهای امواج گرانشی می‌شود. نتیجه‌ی این پژوهش در مجله‌ی نیچر منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…
در سال ۲۰۱۵ دانشمندان یافته‌هایی تاریخی از امواج گرانشی ناشی از برخورد دو سیاهچاله با فاصله‌ی بیش از یک میلیارد سال نوری بدست آوردند. از آن زمان تاکنون، فیزیکدانان در حال افزایش سطح دانش خود از محدودیت‌های دقت اندازه‌گیری این امواج گرانشی هستند که ساخت نسل بعدی این ابزارها و تکنولوژی آنها را بهبود بخشد و مورد استفاده‌ی محققان امواج گرانشی قرار گیرد.
ابزارهای آشکارسازی امواج گرانشی ، تداخل سنج ها هستند که از نور لیزر برای مقایسه‌ی تفاوت تغییر طول دو بازوی عمود برهم خود هنگام عبور امواج گرانشی استفاده می‌کنند. برهمکنش‌های گرانشی، بسیار ضعیف هستند، بنابراین تغییرات طول این بازوها بسیار کوچک است. در حین ثبت تغییرات، نویزهای متفاوتی مانند نویز گرمایی، نویز لرزش زمین و نویز کوانتومی منجر به اختلال در دقت اندازه‌گیری تداخل سنج‌ها می‌شود که در نسل جدید تداخل‌سنج امواج گرانشی لیگو، نویز کوانتومی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نویز کوانتومی حدی است که مکانیک کوانتومی در اندازه‌گیری مکان ایجاد می‌کند و شامل نویز شمارش فوتون و نویز فشار تابشی است.
اخیرا توماس کوربیت (Thomas Corbitt)، دانشیار دانشکده‌ی فیزیک و نجوم دانشگاه ایالتی لوئیزیانا (LSU) و تیم تحقیقاتی او، برای اولین بار موفق به اندازه‌گیری بدون تشدید نویز فشار تابش کوانتومی (off-resonance measurement of quantum radiation pressure noise) در باند صوتی و در فرکانس‌های مربوط به آشکارسازهای امواج گرانشی شده‌اند. نتایج این پژوهش می‌تواند به توسعه‌ی روش‌هایی برای بهبود حساسیت آشکارسازهای امواج گرانشی از طریق ساخت و توسعه‌ی تکنیک‌هایی برای افزایش بی دقتی‌ها در اندازه‌گیری که به آن عمل برگشتی (back action) گفته می‌شود، کمک کند، بدین ترتیب احتمال آشکارسازی امواج گرانشی افزایش می‌یابد.
گوش دادن به خلا کوانتومی
محققان دستگاه‌هایی فیزیکی اختراع کرده‌اند که امکان مشاهده (و شنیدن) اثرات کوانتومی را در دمای اتاق فراهم می‌کنند. اندازه‌گیری اثرات کوانتومی در دماهای بسیار پایین، ساده‌تر است، در حالی که این رویکرد، آنها را به تجربه‌ی انسانی، نزدیک‌تر می‌کند. این دستگاه‌ها، شامل مدل‌های مینیاتوری آشکارسازهایی مانند لیگو یا تداخل سنج لیزری امواج گرانشی است که در لیوینگستون، لس آنجلس، هانفورد و واش واقع شده‌اند.
یک پرتو لیزر به سمت یکی از این آینه‌های معلق، هدایت شده و زمانیکه این پرتو منعکس می‌شود، فشار تابش افت و خیزی آن برای خم کردن ساختار پایه‌ای آن، به اندازه‌ای است که باعث ارتعاش لایه‌ی آینه‌ای آن و سپس موجب ایجاد نویز شود.
تداخل سنج‌های امواج گرانشی تا آنجا که ممکن است برای به حداقل رساندن عدم قطعیت ناشی از اندازه‌گیری فوتون‌های گسسته و به حداکثر رساندن نسبت سیگنال به نویز، از توان لیزری بالا استفاده می‌کنند. این پرتوهای پرقدرت، باعث افزایش دقت مکان شده، اما به افزایش «عمل برگشتی» نیز کمک می‌کنند که این همان عدم قطعیت در تعداد فوتون‌های منعکس شده از یک آینه است. انواع دیگر نویز، مانند نویز گرمایی، معمولا بر نویز فشار تابش کوانتومی غالب است. تداخل سنج لیگو و دیگر تداخل سنج‌های نسل دوم و سوم در حین کار با قدرت لیزری کاملشان، توسط نویز فشار تابش کوانتومی در فرکانس‌های پایین محدود خواهند شد. مقاله‌ی کوربت در مجله‌ی نیچر، سرنخ‌هایی از چگونگی عملکرد محققان هنگام اندازه‌گیری امواج گرانشی ارائه می‌دهد. جاناتان کریپ (Jonathan Cripe)، دکترای فیزیک و مشاور پیشین دانشگاه کوربت و نویسنده‌ی اصلی مقاله می‌گوید:
واقعا جالب است در مورد این واقعیت فکر کنیم که مکانیک کوانتومی، چیزی که به نظر می‌رسد مربوط به دنیای دیگری است و در تجربه‌ی روزانه‌ی ما، ظاهر نمی‌شود، هدایتگر اصلی حرکت آینه‌ای است که برای چشم انسان قابل مشاهده است. خلا کوانتومی یا هیچ چیز بودن می‌تواند روی چیزی که می‌بینید تاثیر بگذارد!
پدرو مارونتی (Pedro Marronetti)، فیزیکدان و مدیر بنیاد ملی علوم، اضافه می‌کند که این سیستم می‌تواند برای آزمایش ایده‌های جدید در جهت رشد و توسعه‌ی آشکارسازهای امواج گرانشی کاربردی باشد، به خصوص می‌تواند هنگام کمینه کردن نویز ظاهر شده در اندازه‌گیری تداخل سنج در مقیاس کامل استفاده شود. او گفت:
این پیشرفت غیرمنتظره، موجب دستیابی به فرصت‌های جدید برای آزمایش کاهش نویز در آینده می‌شود. سادگی نسبی رویکرد این سیستم، آن را برای گروه‌های تحقیقاتی گسترده‌ای در دسترس قرار داده و به طور بالقوه، منجر به مشارکت بسیاری از دانشمندان و علاقمندان اخترفیزیک در حوزه‌ی امواج گرانشی می‌شود.
گفتگو۱ دیدگاه
شما می توانید با استفاده از آینه های فراکوانتومی به تولید لیزرهای با دقت بالا و حذف آینه های فلزی و غیره بپردازید در نتیجه این عمل با تولید نانو سیاهچاله های نانوکوانتومی تبدیل به جذب مواد و امواج کنید در نتیجه این عمل توانایی تولید لیزرها و میزرهای کوانتومی سریعتر و همچنین طراحی و کنترل فرآیند امواج راکتورهای همجوشی هسته ای پلاسما قادر به تولید نانو ستاره های کوانتومی باشید یعنی میتوان در یک میز آزمایشگاهی با استفاده از نانو حفره های سیاهچاله ای تبدیل و کرمچاله ها را نیز کاملا کنترل شده بدست بیاورید در نتیجه این عمل توانایی ساخت ابر رایانه های نوری با قدرت نانو و زیر نانویی را در اختیار بگیرید چطور این آینه ها را می توان با استفاده از قدرت دافعه و جاذبه میدانی زیر ساختارهای مواد یعنی قدرت دافعه و جاذبه هسته ای تولید کنیم در مقیاس نانو و با کم و زیاد کردن قدرت دافعه و جاذبه آنها این کار را انجام دهیم با این کار توانایی تله پورت را نیز خواهید داشت یعنی درتله پورت فراکتال سیاهچاله های کوانتمومی منتقل خواهند شد و می توان اشیاء و افراد را بدون اینکه بمیرند و آسیبی به ایشان برسد تله پورت کرد.