Как обхитрить природу? Как я писал в недавнем посте про сжатый свет, когда вы пытаетесь измерить влияние внешней силы на подвижное зеркальце с помощью лазера, вы самим процессом измерения мешаете движению зеркала: свет создает давление на зеркало. Так как мощность света меняется из-за квантовой природы света, то и давление света тоже меняется. Это создает фундаментальный квантовый шум: шум радиационного давления. В детекторах гравитационных волн этот шум нам очень мешается, особенно для сигналов низких частот.
Что с ним поделать? Можно использовать частотно-зависимое сжатие, про которое я писал в посте выше — так и делают сейчас. Но это дорого и сложно. А можно быть хитрее.

Что если мы отразим свет от зеркальца, дадим ему обойти вокруг него — и отразим снова с другой стороны? Мы сначала создадим давление в одном направлении, а потом — противоположное давление в другом. В результате сила радиационного давления окажется подавленной. При этом мы измерим разность в координате зеркала с небольшой задержкой во времени. То есть, скорость зеркала! Такой подход к дизайну детекторов — создание измерителей скорости вместо измерителей координаты — действительно позволяет значительно подавить шум радиационного давления без использования каких-то сложных трюков типа сжатого света.

В нашей новой статье мы говорим именно про это. Вообще-то идея измерителей скорости не нова, уже пару десятилетий умные люди придумываю способы превратить детекторы гравитационных волн в измерители скорости. Но до сих пор никто не делал полноценных экспериментов. Я — сделал, еще давно, во время своего phd (т.е. 6+ лет назад), но дошел до публикации только сейчас.

Я придумал специальный оптический резонатор, который позволяет одновременно измерять координату и скорость зеркальца. Это позволяет напрямую сравнивать свойства измерителя скорости и обычного измерителя координаты. У меня не получилось дойти до квантового шума (оказалось технически сложно), но я смог проверить основные свойства (оптический отклик и отклик на внешнюю силу).

Вообще мне конценцепция измерителей скорости очень интересна, в том числе тем, как странно иногда работает наука. С одной стороны, есть множество разных способов сделать измерители скорости из существующих детекторов гравитационных волн. Да, это технологически несколько сложнее существующей схемы, но ничего принципиально невозможного там нет. А потенциал оказывается очень большим. Но это все требует значительных усилий по проверке и верификации подхода: теретического и на маленьких прототипах. Видимо, мало кто готов вложить в это годы работы без гарантии успеха (и гарантии, что кто-то использует это в реальных детекторах). Поэтому все предпочитают быть консервативными, и ни один из детекторов грав волн пока не планируется даже превратить в измеритель скорости. А жаль! Может быть, эта наша работа будет еще одним толчком в верном направлении.

В общем, читайте статью, мы там все подробно объясняем, как и что работает. Она в открытом доступе, только лучше читайте pdf, там форматирование лучше) В комменты добавлю пару картинок для иллюстрации.

А еще из интересного, почему я не опубликовал статью тогда, 5 лет назад.

🔽🔽🔽