שיטת הקפיץ האופטי המשופרת של Kerr משפרת את זיהוי גלי הכבידה, ומציעה תובנות חדשות לגבי תופעות קוסמיות ומבני כוכבי נויטרונים. קרדיט: twoday.co.il.com
הפיתוח של Tokyo Tech של קפיצים אופטיים משופרים עם Kerr מגביר משמעותית את רגישות גלאי גלי הכבידה, ומאפשר זיהוי טוב יותר של אירועים קוסמיים ומקדם את הבנתנו את היקום.
הזיהוי של גלי כבידה עומד כאחד ההישגים המשמעותיים ביותר בפיזיקה המודרנית. בשנת 2017, גלי כבידה ממיזוג של בינארי כוכב ניטרונים זוהו לראשונה אשר חשפו מידע מכריע על היקום שלנו, ממקורם של התפרצויות קרני גמא קצרות ועד להיווצרותם של יסודות כבדים.
עם זאת, זיהוי גלי כבידה היוצאים משאריות לאחר המיזוג נותר חמקמק בשל טווח התדרים שלהם שנמצא מחוץ לטווח של גלאי גלי כבידה מודרניים (GWD). גלים חמקמקים אלו מחזיקים בתובנות חשובות לגבי המבנה הפנימי של כוכבי נויטרונים, ומכיוון שניתן לצפות בגלים אלו אחת לכמה עשורים על ידי מכשירי GWD מודרניים, יש צורך דחוף ב-GWDs מהדור הבא.
קפיץ אופטי משופר Kerr מפגין אי-לינאריות ניתנת לכוונון, ומציג יישומים פוטנציאליים לשיפור רגישות GWD ובמערכות אופטו-מכאניות שונות. קרדיט: טוקיו טק
שיפור רגישות GWD עם קפיצים אופטיים
אחת הדרכים לשפר את הרגישות של GWDs היא הגברת אות באמצעות קפיץ אופטי. קפיצים אופטיים, בניגוד למקביליהם המכניים, ממנפים את כוח לחץ הקרינה מאור כדי לחקות התנהגות דמוית קפיץ. הקשיחות של קפיצים אופטיים, כמו ב-GWDs, נקבעת על ידי עוצמת האור בתוך החלל האופטי. לפיכך, שיפור תדר התהודה של קפיצים אופטיים דורש הגברת עוצמת האור התוך חלל, אשר, עם זאת, יכול לגרום להשפעות מזיקות תרמית ולמנוע מהגלאי לפעול כראוי.
כדי לטפל בסוגיה זו, צוות חוקרים מיפן, בראשות פרופסור חבר קנטארו סומייה וד"ר סוטאצו אוטאבה מהמחלקה לפיזיקה בטוקיו טק, פיתח פתרון פורץ דרך: הקפיץ האופטי המשופר של קר.
"שיטה מבטיחה לשפר את ההשפעה של קפיצים אופטיים מבלי להגדיל את הספק התוך-חללי היא הגברה של אותות תוך-חלל. טכניקה זו משפרת את יחס הגברת האות של החלל על ידי שימוש באפקטים אופטיים לא ליניאריים ומשפרת את קבוע הקפיץ האופטי. המחקר שלנו גילה שאפקט Kerr האופטי הוא גישה מבטיחה לניצול מוצלח של טכניקה זו", מסביר פרופ' סומיה.
הממצאים שלהם פורסמו בכתב העת מכתבי סקירה פיזית. בנוסף, מכתב זה נבחר כהצעת עורכים, הכרה שבועית שמטרתה לקדם מעורבות בינתחומית.
גישה חדשנית והשלכותיה
עיצוב פורץ דרך זה כולל יצירת אפקט הגברה של אותות תוך-חלל בחלל אופטו-מכני מסוג Fabry-Perot על ידי הכנסת מדיום Kerr. מדיום Kerr משרה אפקט Kerr אופטי בחלל, שבו שדה אופטי משנה את מקדם השבירה של המדיום. זה מציג שיפוע דרסטי של כוח לחץ הקרינה בחלל, ומשפר את קבוע הקפיץ האופטי מבלי להגדיל את הכוח התוך חלל.
ניסויים גילו כי אפקט Kerr האופטי משפר בהצלחה את קבוע הקפיץ האופטי בפקטור של 1.6. תדר התהודה של הקפיץ האופטי הוגדל מ-53 הרץ ל-67 הרץ. החוקרים צופים יחס הגברת אות גדול עוד יותר עם חידוד של בעיות טכניות.
"העיצוב המוצע קל ליישום ומספק פרמטר חדש שניתן לכוונן עבור מערכות אופטו-מכאניות. אנו מאמינים שטכניקה שהוכחה תמלא תפקיד מפתח לא רק ב-GWDs אלא גם במערכות אופטו-מכאניות אחרות, כמו קירור מתנדים מקרוסקופיים למצב הקרקע הקוונטי שלהם", אומר ד"ר אוטאבה, ומדגיש את החשיבות של מחקר זה.
בסך הכל, עיצוב קפיץ אופטי חדש זה מייצג צעד משמעותי לקראת ניצול מלוא הפוטנציאל של מערכות אופטו-מכאניות, כמו גם GWDs משופרים המסוגלים לפענח את מסתורי היקום שלנו.
