Direkt zum Inhalt

Gravitationswellendetektor: Quantenfluktuationen bewegen kiloschwere Spiegel

Die winzigen Effekte der Unschärferelation können makroskopische Objekte bewegen, zeigt ein Versuch mit einem Gravitationswellendetektor. Das soll die Messungen genauer machen.
Ein abstrakter, mehrfarbiger Wellenzug auf schwarzem Hintergrund.Laden...

Untersuchungen am Gravitationswellendetektor LIGO in den USA haben gezeigt, dass Quantenfluktuationen die jeweils 40 Kilogramm schweren Spiegel des Geräts messbar bewegen. LIGO misst Gravitationswellen anhand der Veränderungen des Abstands zweier Spiegel, zwischen denen Laserpulse wandern. Wie ein Team um Haocun Yu vom MIT nun in »Nature« berichtet, sind die normalerweise voneinander unabhängigen heisenbergschen Unbestimmtheiten der Phase und der Amplitude – quasi der »Wellenhöhe« – des Lasers in dem Gerät miteinander korreliert, hängen also voneinander ab. Das passiert durch den ponderomotorischen Effekt, bei dem die Quantenfluktuationen von Phase und Amplitude die Spiegel minimal verschieben. Yu und seine Arbeitsgruppe wiesen diese Ortsveränderung nach, indem sie diese Quantenkorrelation der beiden Unbestimmtheiten nutzten, um das Quantenrauschen im Detektor zu reduzieren. Damit drückten sie das Rauschen unter das Standard-Quantenlimit, das bisher als unvermeidlich geltende Mindestrauschen des LIGO-Detektors.

Dazu injizierte die Gruppe einen »phasengequetschten« Vakuumzustand in den Lichtweg zwischen den Spiegeln des Instruments. Das ist eine Lichtwelle, bei der die heisenbergsche Unschärfe bei der Phase künstlich reduziert wurde – und deren mittlere Intensität null ist. Unter diesen Umständen wird das Quantenrauschen im Detektor durch den ponderomotorischen Effekt kleiner als eigentlich quantenmechanisch möglich. Dieses geringere Rauschen wies das Team nach, indem es die Genauigkeit der Messungen mit und ohne den gequetschten Vakuumzustand verglich. Die Rauschreduktion soll den Gravitationswellendetektor auch empfindlicher machen, so dass bisher unsichtbare kosmische Signale aufgefangen werden können. Allerdings ist bisher das »klassische« Rauschen unter anderem durch Wärmeschwingungen zu stark, als dass der Effekt direkt genutzt werden kann.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnervideos