世界上最大的引力波天文台的科学家们刚刚将光压缩到一个关键的量子极限之外。
这种被称为频率依赖压缩的新技术将增加激光干涉仪引力波天文台(LIGO)探测到的时空微小涟漪的数量，从而增加探测器能发现的中子星和黑洞碰撞的数量。
“现在我们已经超越了这个量子极限，我们可以做更多的天文学研究，”加州理工学院物理学助理教授、共同主要作者李·麦卡勒在一份声明中说。当有质量的物体在空间中运动时，引力波会产生涟漪。更大的物体——比如中子星或黑洞——会产生更明显的引力波。科学家们在2015年首次探测到这些时空涟漪，并在探测这些波浪拍打我们的宇宙海岸方面做得越来越好。
LIGO探测器通过这些宇宙涟漪在穿越时空时扭曲时空的方式发现了它们。该实验由两个相交的l形探测器组成——每个探测器都有两个2.48英里长(4公里)的臂和两个相同的激光束——实验的设计是这样的，如果引力波穿过地球，探测器的一个臂中的激光会被压缩，而另一个臂会膨胀，从而在到达探测器的光束的相对路径长度上产生微小的变化。
但由于这些扭曲非常微小——通常只有质子或中子的千分之几大小——LIGO的探测器必须非常灵敏。事实上，它们是如此敏感，以至于它们最精确的测量都被量子效应或亚原子粒子的自发相互作用产生的噪音弄得模糊不清。
高频噪声来自随机出现和消失的微小粒子。低频噪声来自反射光粒子的隆隆声，这使得镜子晃动。这两种来源都限制了LIGO可以探测到的引力波的数量和类型。
为了突破这些量子限制，物理学家求助于物理学的另一个原理:海森堡的不确定性原理，该原理指出，我们只能同时在一定程度上确定粒子的特定物理性质对。
这意味着科学家在测量LIGO内部光的振幅(或功率)和频率方面存在权衡，但这也意味着任何一种特性都可以以牺牲另一种特性为代价来放大。通过使用晶体将单个光子或光包分裂成两个纠缠在一起的光子，物理学家们对光进行调谐，使其振幅或频率背后的不确定性可以根据需要被“压缩”。
研究人员说，频率依赖性挤压的工作原理有点像捏气球。就像捏捏气球的一端可以帮助另一端变大一样，捏捏光的一种特性可以更确定地了解它，从而将整体的不确定性转移到另一端。这意味着在低频时，被压缩的振幅减少了镜像隆隆声的噪声，而在高频时，被压缩的相位使信号比量子扰动的噪声更强。
麻省理工学院的研究生Dhruva Ganapathy在声明中说:“我们确实在做这件很酷的量子事情，但真正的原因是这是提高LIGO灵敏度的最简单方法。”“否则，我们将不得不提高激光的亮度，这有它自己的问题，或者我们将不得不大大增加镜子的尺寸，这将是昂贵的。”
研究结果发表在9月6日的《物理评论X》杂志上。
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