LIGO 已于 2 月 14 日表示，將對(duì)探測(cè)器進(jìn)行一次價(jià)值 3500 萬(wàn)美元的升級(jí)，預(yù)計(jì)升級(jí)后的探測(cè)能力將會(huì)比目前提升許多。

LIGO 的負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)年會(huì)的新聞發(fā)布會(huì)上稱，儀器在升級(jí)后，一周內(nèi)的引力波事件探測(cè)總數(shù)便可超過(guò) LIGO 從開(kāi)機(jī)至今所探測(cè)到的 11 次。

圖｜正在對(duì) LIGO 進(jìn)行升級(jí)的科學(xué)家（來(lái)源：LIGO LAB/MIT/CALTECH）

升級(jí)方案采用的是一種預(yù)計(jì)于 2024 年上線的新型探測(cè)器Advanced LIGO Plus的設(shè)計(jì)，本質(zhì)是利用海森堡不確定性原理提高探測(cè)器探測(cè)引力波的能力。海森堡不確定性原理的主要內(nèi)容為粒子的某些屬性，例如物位置和動(dòng)量不能被同時(shí)精確測(cè)量，類似地，在探測(cè)引力波的過(guò)程中，科學(xué)家們也需要對(duì)能獲取的信息進(jìn)行取舍。

LIGO 是由兩個(gè)長(zhǎng) 4 公里的“光臂”所構(gòu)成的一個(gè)“L”型干涉儀，激光在兩個(gè)臂中通過(guò)特質(zhì)光學(xué)設(shè)備來(lái)回反彈，而科學(xué)家們此前則能通過(guò)測(cè)量了兩個(gè)臂中激光的相對(duì)位移來(lái)判斷是否有探測(cè)到引力波事件，但此次的升級(jí)將能允許科學(xué)家通過(guò)光的量子波動(dòng)來(lái)探測(cè)引力波事件。

圖｜LIGO 原理示意圖（來(lái)源：NICOLLE RAGER FULLER）

光的波動(dòng)分為相位和時(shí)間上的波動(dòng)，波動(dòng)的幅度會(huì)決定光強(qiáng)，而由于相位和時(shí)間上的波動(dòng)就像是海森堡原理中的粒子的位置和動(dòng)量，兩者間的信息取舍常常會(huì)使引力波信號(hào)的分析工作變得很難。而預(yù)計(jì)將于今年 4 月完成初步升級(jí)的 LIGO 將能借助特殊量子設(shè)備來(lái)“擠壓”光，減小光的相位波動(dòng)，也就是將兩個(gè)取舍信息中的一個(gè)變得更為可控，來(lái)更高效地探測(cè)高頻引力波信號(hào)。

加州理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院 LIGO 實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家，Michael Zucker 說(shuō)：“這次的升級(jí)令人激動(dòng)，但同樣也是由于海森堡不確定性原理，LIGO 升級(jí)后探測(cè)低頻信號(hào)的能力會(huì)有所下降?！?/p>

但專家表示，預(yù)計(jì)于 2024 年上線的 Advanced LIGO Plus 將能根據(jù)信號(hào)屬性以不同頻率的信號(hào)減小光的相位波動(dòng)，從而提升探測(cè)器的整體探測(cè)性能。

參與了信號(hào)光擠壓技術(shù)開(kāi)創(chuàng)工作，卡迪夫大學(xué)（Cardiff University）的物理學(xué)家，Hartmut Grote 說(shuō)：“升級(jí)所采用的技術(shù)具有革命性，能大幅提升探測(cè)器的探測(cè)性能。”

據(jù)悉，除了 Advanced LIGO Plus，印度一個(gè)同樣也計(jì)劃于 2024 年上線的 LIGO-India 探測(cè)器在設(shè)計(jì)上也將采用同樣的量子技術(shù)，并在建成后并入升級(jí)后的全球引力波探測(cè)網(wǎng)。