Začrtana naslednja nadgradnja observatorijev LIGO

Ameriška Nacionalna znanstvena fundacija in njena britanska vrstnica sta zagotovili potrebnih 35 milijonov ameriških dolarjev za nadgradnjo gravitacijskih observatorijev projekta LIGO na verzijo Advanced LIGO+, s katero naj bi zmogli zaznati po več gravitacijskih dogodkov na dan.

Projekt opazovanja gravitacijskih valov LIGO je leta 2015 spisal zgodovino s prvo potrjeno zaznavo takšnih valov - motenj v prostor-času, ki odpirajo novo polje opazovanja pojavov v vesolju. Po domače povedano: če so teleskopi naše oči, potem so gravitacijski senzorji naš sluh. Observatorija v Louisiani in Washingtonu sestavlja gigantski optični interferometer s po dvema štirikilometrskima "rokama" na vsaki od lokacij. Odkritje je prišlo šele po več kot dvajsetih letih nadgrajevanja naprav in inženirji tudi po tem observatorija nenehno izboljšujejo. Najnovejša nadgradnja, ki jo trenutno montirajo, uvaja rabo tako imenovane "stisnjene svetlobe" v interferometru. Gre za prijem, pri katerem eno od fizikalnih lastnosti fotonov, ki jo zadeva načelo nedoločenosti, izboljšamo na račun druge. Se pravi, bolje določimo gibalno količino na račun slabše določljivega kraja ali obratno, s čimer zmanjšamo kvantni šum. Metodo so pionirsko razvijali v nemškem observatoriju GEO600, uporabljajo pa jo tudi že v evropskem Virgu.

Problem osnovne inačice stiskanja svetlobe je v tem, da je primerna zgolj za določeno frekvenco gravitacijskih valov, medtem ko pri drugih frekvencah morda želimo drugačna razmerja med pozicijo in gibalno količino. Prav to je predmet nadgradnje Advanced LIGO+ (okrajšano ALIGO+ ali A+), ki se bo predvidoma pričela leta 2023 in bo končana 2026. Z njo naj bi uvedli frekvenčno stiskanje svetlobe (frequency-dependent squeezed light), ki bo dinamično prilagajala trgovanje med obema količinama glede na frekvenco prihajajočih gravitacijskih valov, s čimer naj bi se podvojila občutljivost instrumentov. Za primerjavo, čisto prva verzija iz devetdesetih je lahko "videla" okrog 25 milijonov svetlobnih let daleč, za letošnjo upajo, da bo zmogla doseg okrog pol milijarde svetlobnih let daleč, ALIGO+ pa celo milijardo. Oziroma še malo drugače povedano, letos želijo doseči frekvenco zaznavanja enega dogodka dnevno, z ALIGO+ pa po enega na vsakih nekaj ur, nemara celo vsako uro.

Frekvenčno stiskanje svetlobe bodo uvedli z rabo 300 metrov dolge vakuumske optične votline. Naslednja stopnica zatem je bržkone drastično ohlajevanje celotnega sistema, posebno še zrcal, katerih termično nihanje prav tako moti zaznavo. Prvi bodo hlajenje, na okrog 20 kelvinov, preizkusili Japonci v svojem observatoriju KAGRA, ki raste poleg znanega nevtrinskega senzorja KamiokaNDE in naj bi bil izgotovljen do konca letošnjega leta.