Une nouvelle technologie pour améliorer les instruments scientifiques les plus sensibles du monde
Une nouvelle technologie qui peut améliorer les détecteurs d’ondes gravitationnelles, l’un des instruments les plus sensibles utilisés par les chercheurs scientifiques, a été mise au point par des physiciens de l’Université d’Australie occidentale en collaboration avec une équipe internationale de chercheurs.
La nouvelle technologie permet aux détecteurs d’ondes gravitationnelles existants dans le monde d’atteindre une sensibilité qui n’était auparavant considérée comme réalisable qu’en construisant des détecteurs beaucoup plus grands.
L’article, publié dans Physique des communications, a été dirigé par l’ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) de l’UWA, en collaboration avec l’ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems, le Niels Bohr Institute de Copenhague et le California Institute of Technology de Pasadena.
Le professeur émérite David Blair, du département de physique de l’UWA, a déclaré que la technologie fusionnait des particules quantiques de vibration sonore appelées phonons avec des photons de lumière laser, pour créer un nouveau type d’amplification dans lequel les particules fusionnées faisaient des allers-retours des milliards de fois sans se perdre. .
«Il y a plus de cent ans, Einstein a prouvé que la lumière se présente sous forme de petits paquets d’énergie, que nous appelons maintenant photons», a déclaré le professeur émérite Blair.
L’une des applications les plus sophistiquées des photons sont les détecteurs d’ondes gravitationnelles, qui permettent aux physiciens d’observer les ondulations dans l’espace et le temps causées par les collisions cosmiques.
«Les phonons sont beaucoup plus difficiles à exploiter individuellement sous leur forme quantique car ils sont généralement submergés par un grand nombre de phonons aléatoires appelés fond thermique.»
Professeur émérite David Blair
«Deux ans après la prédiction des photons par Einstein, il a proposé que la chaleur et le son viennent également dans des paquets d’énergie, que nous appelons maintenant des phonons», a déclaré le professeur émérite Blair.
«Les phonons sont beaucoup plus difficiles à exploiter individuellement sous leur forme quantique car ils sont généralement submergés par un grand nombre de phonons aléatoires appelés fond thermique.»
En utilisant l’interaction des photons et des phonons, un minuscule résonateur de moins de 1 mm de taille peut considérablement augmenter la sensibilité d’un interféromètre à l’échelle du kilomètre. Crédit: Carl Knox, Centre d’excellence de l’ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles
Le professeur émérite Blair a reçu le prestigieux prix du Premier ministre pour la science en 2020 pour sa contribution à la première détection des ondes gravitationnelles.
L’auteur principal, le Dr Michael Page, a déclaré que l’astuce consistait à combiner les phonons et les photons ensemble de manière à ce qu’une large gamme de fréquences d’ondes gravitationnelles puisse être amplifiée simultanément.
«La nouvelle percée permettra aux physiciens d’observer la matière la plus extrême et la plus concentrée de l’univers connu alors qu’elle s’effondre dans un trou noir, ce qui se produit lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision», a déclaré le Dr Page.
Le professeur émérite David Blair a déclaré que les formes d’onde sonnaient comme un bref cri qui était trop haut pour que les détecteurs de courant puissent les entendre.
«Notre technologie rendra ces formes d’onde audibles et révélera également si les neutrons des étoiles à neutrons se divisent en leurs constituants appelés quarks lorsqu’ils sont dans cet état extrême», a déclaré le professeur émérite Blair.
«Le plus excitant de voir la matière nucléaire se transformer en trou noir est que le processus est comme l’inverse du Big Bang qui a créé l’univers. Observer cela revient à regarder un film du Big Bang joué à l’envers. »
Le professeur émérite Blair a déclaré que si la technologie ne représentait pas une solution instantanée pour améliorer les détecteurs d’ondes gravitationnelles, elle offrait une voie d’amélioration à faible coût.