2015 yılında milyarlarca ışık yılını aşkın bir süre içinde çarpışan iki kara delikten, yerçekimi dalgalarının tarihi bulgusu yapılıyor. Bu yüzden fizikçiler; yerçekimi tarafından kullanılan gelecek nesil alet ve teknolojiyi geliştirmeye yardımcı olacak ölçümlerin, kesinliği konusundaki sınırlar hakkında, bilgi edinmektedirler. Fizikçiler şimdi de; oda sıcaklığında ses bandında “kuantum geri hareketi” ölçebildiler.
Araştırma; Ulusal Bilim Vakfı veya NSF tarafından desteklenmiştir. Sonuçlar, “geri hareket” olarak adlandırılan ölçümlerde bu hassasiyeti azaltmak için teknikler geliştirerek, yerçekimi dalga detektörlerinin hassasiyetini arttırma yöntemlerine işaret etmektedir. Böylece yerçekimi tespit etme şansını arttırmaktadır.
Louisiana Eyalet Üniversitesi Fizik ve Astronomi Anabilim Dalı Doçent Doktor Thomas Corbitt ve ekibi; oda sıcaklığında kuantum etkilerini gözlemlemeyi ve duymayı mümkün kılan fiziksel cihazlar geliştirdiler. Kuantum etkilerini çok soğuk derecelerde ölçmek genellikle daha kolaydır, bu yaklaşım onları insan deneyimine daha da yakınlaştırıyor. Lazer İnterferometre Gravitasyonel Dalga Gözlemevi’ndeki gibi minyatür dedektör modellerinde yer alan bu cihazlar; düşük kayıplı, tek kristalli mikro-rezonatörlerden oluşur. Her biri küçük bir konsoldan sarkan bir pim kalıntısının boyutundaki ayna pedi şeklindedir. Bir lazer ışını bu aynalardan birine yönlendirilir ve ışın yansıtılırken dalgalı radyasyon basıncı; konsol yapısını bükmek için yeterlidir. Bu da ayna yastığının titreşmesine neden olur ve gürültü yaratabilir.
Yerçekimi dalgası interferometreleri; ayrı fotonların ölçülmesinden kaynaklanan belirsizliği en aza indirmek ve sinyal-gürültü oranını en üst seviyeye çıkarmak için mümkün olduğu kadar lazer gücü kullanır. Bu yüksek güçlü kirişler konum doğruluğunu arttırırken aynı zamanda geri hareketi de arttırır; bu, aynada radyasyon basıncı nedeniyle dalgalanma kuvvetine karşılık gelen ve mekanik harekete neden olan bir aynadan yansıyan fotonların belirsizliğidir. Termal gürültü gibi diğer gürültü türleri de genellikle kuantum radyasyon basıncı gürültüsüne hakimdir. Ancak MIT‘den Corbitt ve ekibi; bunlara göre sıralamıştır. Gelişmiş LIGO ve diğer ikinci ve üçüncü nesil interferometreler; tam lazer güçlerinde çalışırken düşük frekanslarda kuantum radyasyon basıncı gürültüsü ile sınırlandırılacaktır. Corbitt’in Nature dergisindeki makalesi, araştırmacıların yerçekimi dalgalarını ölçerken, bu konuda nasıl çalışabilecekleri hakkında ipuçları sunmaktadır.
Corbitt: “Test kitle süspansiyonunun rezonans frekansı, daha hassas yerçekimi dalga dedektörleri için zorunlu olduğu göz önüne alındığında, mekanikten çok; geniş bir frekans aralığında kuantum radyasyon basıncı gürültüsü ile sınırlandırılacak olan, (Advanced LIGO’ya benzer bir sistemdeki) kuantum radyasyon basınç gürültüsünün etkilerini incelemek önemlidir.”
Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü Araştırma Görevlisi Jonathan Cripe: “LSU’da her gün, bu deneyi tasarlayan, mikro aynalar yapan ve tüm optikleri masaya yerleştiren arkaplan çalışmasını yaparken; gelecekteki sonuçların etkisini düşünmedim. Sadece her bir basamağa odaklandım ve her seferinde bir şeyleri eledim. Ancak şimdi deneyi tamamladığımıza göre, geri adım atmak ve kuantum mekaniğinin insan gözüyle görülebilen bir aynanın hareketinin ana itici gücüdür. Kuantum boşluğu veya ‘hiçlik’ görebileceğiniz bir şey üzerinde etkili olabilir.”
NSF Fizikçi ve Program Direktörü Pedro Marronetti: “Bu atılım, gürültü azaltmanın test edilmesi için yeni fırsatlar sunuyor. Yaklaşımın göreceli sadeliği; geniş bir araştırma grubu tarafından erişilebilmesini sağlayarak, daha geniş bilimsel toplulukların yerçekimi dalgası astrofiziğine potansiyel olarak katılımını arttırıyor.”
