重力波が地球を通過すると、空間自体が一方向に引き伸ばされ、反対方向に圧縮されるため、検出器の 2 つの「アーム」は実際にはわずかに伸びたり縮んだりします。 これは、各光線がわずかに異なる距離を移動することを意味します。これは、「宇宙チャープ」と呼ばれる周波数のスパイクとして、再結合されたレーザー光パターンに現れます。これが重力波信号です。
それを測定するために、乙女座は最先端の機器に依存しています。 各トンネルの端にある鏡は合成石英でできているため、当たった光子は 300 万分の 1 しか吸収しません。 原子レベルまで研磨されているため、光の散乱がほとんどないほど滑らかです。 また、反射性の高い材料の薄い層でコーティングされているため、接触時に失われるレーザー光は 0.0001% 未満です。
各ミラーは超減衰器の下に吊るされており、地震の振動から保護されています。 これらは、高さ 10 メートルのタワー内の真空チャンバーに入れられた、振り子のように機能する一連の地震フィルターで構成されています。 このセットアップは、おとめ座が検出しようとしている重力波よりも 9 桁も強い地球の動きに対抗するように設計されています。 超減衰器は非常に効果的であるため、少なくとも水平方向では、鏡はまるで空間に浮いているかのように振る舞います。
より最近の革新は、おとめ座の「スクイーズ」システムです。これは、ハイゼンベルグの不確実性原理の影響に対抗します。これは、量子粒子の特定の特性のペアを同時に正確に測定できないという素粒子の世界の奇妙な特徴です。 たとえば、光子の位置と運動量の両方を絶対的な精度で測定することはできません。 その位置を正確に知れば知るほど、その運動量を知ることは少なくなり、逆もまた同様です。
おとめ座の内部では、不確定性原理が量子ノイズとして現れ、重力波信号を覆い隠します。 しかし、メインの真空管と平行に走り、ビーム スプリッターでメインのレーザー フィールドとオーバーラップするパイプに特別な状態の光を注入することで、研究者はレーザー光の特性の不確実性を「絞る」、または減らすことができ、量子を減らすことができます。ノイズと重力波信号に対するおとめ座の感度の向上。
2015 年以来、おとめ座とそれに対応する米国の LIGO による 3 回の観測で、100 回近くの重力波イベントが記録されています。 両方の施設のアップグレードと KAGRA の参加により、2023 年 3 月に開始される次の観測実行は、さらに多くのことを約束します。 研究者たちは、ブラック ホールと中性子星のより深い理解を得ることを望んでおり、予想されるイベントの膨大な量は、重力波による宇宙の進化の全体像を構築するという興味をそそる見通しを提供します。 「これは、宇宙を理解する新しい方法の始まりにすぎません」とロスルドは言います。 「今後数年間で多くのことが起こるでしょう。」
この記事はもともと、WIRED UK マガジンの 2023 年 1 月/2 月号に掲載されたものです。