攻克引力波探测器，受电磁场真空涨落效应引起的量子噪声限制！

【手机软件：博科园】日本国家天文台科学家利用位于东京三中的前TAMA300引力波探测器的基础设施，展示了一种降低探测器中量子噪声的新技术。这项新技术将提高探测器的灵敏度，这些探测器组成了一个合作的全球引力波网络，能够观测到更微弱的引力波。当它在2000年开始观测时，TAMA300是世界上最早的大规模干涉引力波探测器之一，当时，TAMA300的灵敏度还是世界上最高的。

TAMA300还对引力波信号的强度设定了上限；但15年后的2015年，LIGO首次探测到了实际的引力波。从那时起，探测器技术已经改进到现代探测器每月观测几个信号的地步。从这些观测中获得的科学成果已经令人印象深刻，预计在接下来的几十年里还会有更多成果。TAMA300不再参与观测，但仍被用作改进其他探测器的新技术试验台。目前和未来引力波探测器的灵敏度，几乎在所有频率都受到电磁场真空涨落效应引起的量子噪声限制。

但即使是这种固有的量子噪音也可以回避，有可能操纵真空涨落来重新分配量子不确定性，以增加另一种不同、障碍性较小类型的噪声为代价来减少一种类型噪声。这种被称为真空压缩的技术已经在引力波探测器上实现，极大地提高了它们对更高频率引力波的灵敏度。但是，电磁场与探测器反射镜之间的光机相互作用，使真空压缩效应随频率的变化而变化。因此，在低频下，真空压缩会增加错误类型的噪声，实际上会降低灵敏度。

为了克服这一限制并降低所有频率的噪音，日本国家天文台(NAOJ)一个由内部引力波科学项目和KAGRA合作(但也包括Virgo和GEO合作的研究人员)成员组成的团队，现在证明了一种称为频率依赖真空压缩的技术，在引力波探测器有用频率上的可行性。

由于探测器本身与电磁场相互作用随频率的不同而不同，研究小组使用了以前的TAMA300探测器基础设施来创建一个本身随频率变化的磁场。正常的（与频率无关）压缩真空场从300米长的光腔反射，从而印记频率依赖关系，并且它能够抵消干涉仪的光学机械效应。

这项技术将能同时提高高频和低频的灵敏度。这是一个关键的结果，展示了提高未来探测器灵敏度的关键技术。它的实施计划作为近期升级，加上其他改进，预计将使第二代探测器的观测范围翻一番。其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上，用于先进引力波探测器宽带量子噪声降低的频变压缩真空源，麻省理工学院的一个研究小组使用16米长的滤光腔也得到了类似结果，这两研究篇论文将联合发表。

博科园｜研究/来自：国立自然科学研究院

参考期刊《物理评论快报》

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