La recherche est en cours pour détecter les premières preuves d'ondes gravitationnelles voyageant dans le cosmos. Si une onde gravitationnelle traverse le volume d'espace-temps entourant la Terre, en théorie le faisceau laser détectera un petit changement car l'onde passante modifie légèrement la distance entre les miroirs. Il convient de noter que ce léger changement sera faible; si petit en fait que LIGO a été conçu pour détecter une fluctuation de distance inférieure à un millième de la largeur d'un proton. C'est impressionnant, mais ça pourrait être mieux. Maintenant, les scientifiques pensent qu'ils ont trouvé un moyen d'augmenter la sensibilité du LIGO; utiliser les étranges propriétés quantiques du photon pour «presser» le faisceau laser afin d'augmenter la sensibilité…
LIGO a été conçu par des collaborateurs du MIT et de Caltech pour rechercher des preuves observationnelles des ondes gravitationnelles théoriques. On pense que les ondes gravitationnelles se propagent dans tout l'Univers lorsque des objets massifs perturbent l'espace-temps. Par exemple, si deux trous noirs sont entrés en collision et ont fusionné (ou sont entrés en collision et ont explosé), la théorie de la relativité générale d'Einstein prédit qu'une ondulation sera envoyée à travers le tissu de l'espace-temps. Pour prouver l'existence d'ondes gravitationnelles, un type d'observatoire totalement différent devait être construit, non pas pour observer les émissions électromagnétiques de la source, mais pour détecter le passage de ces perturbations traversant notre planète. LIGO est une tentative de mesurer ces ondes, et avec un coût d'installation gigantesque de 365 millions de dollars, il y a une pression énorme pour que l'installation découvre la première onde gravitationnelle et sa source (pour plus d'informations sur LIGO, voir «Écoute» des ondes gravitationnelles pour traquer les trous noirs). Hélas, après plusieurs années de science, aucune n'a été retrouvée. Est-ce parce qu'il n'y a pas d'ondes gravitationnelles là-bas? Ou est-ce que LIGO n'est tout simplement pas assez sensible?
Les scientifiques du LIGO répondent rapidement à la première question: plus de temps est nécessaire pour collecter une plus longue période de données (il faut plus de «temps d'exposition» avant de détecter les ondes gravitationnelles). Il existe également de fortes raisons théoriques pour lesquelles les ondes gravitationnelles devraient exister. La deuxième question est quelque chose que les scientifiques américains et australiens espèrent améliorer; peut-être que LIGO a besoin d'une augmentation de sensibilité.
Pour rendre les détecteurs d'ondes gravitationnelles plus sensibles, Nergis Mavalvala, leader de cette nouvelle recherche et physicien du MIT, s'est concentré sur le très petit pour aider à détecter le très grand. Pour comprendre ce que les chercheurs espèrent réaliser, un cours accéléré très bref sur le «flou» quantique est nécessaire.
Les détecteurs tels que LIGO dépendent d'une technologie laser très précise pour mesurer les perturbations dans l'espace-temps. Lorsque les ondes gravitationnelles voyagent à travers l'Univers, elles provoquent de minuscules changements dans la distance entre deux positions dans l'espace (l'espace est effectivement «déformé» par ces ondes). Bien que LIGO ait la capacité de détecter une perturbation de moins d'un millième de la largeur d'un proton, ce serait formidable si une sensibilité encore plus grande était acquise. Bien que les lasers soient intrinsèquement précis et très sensibles, les photons laser sont toujours régis par la dynamique quantique. Lorsque les photons laser interagissent avec l'interféromètre, il existe un certain degré de flou quantique, ce qui signifie que le photon n'est pas un point précis, mais légèrement flou par le bruit quantique. Afin de réduire ce bruit, Mavalvala et son équipe ont pu «presser» les photons laser.
Les photons laser possèdent deux quantités: la phase et l'amplitude. La phase décrit la position des photons dans le temps et l'amplitude décrit le nombre de photons dans le faisceau laser. Dans ce monde quantique, si l'amplitude du laser est réduite (en supprimant une partie du bruit); les incertitudes quantiques dans la phase laser augmenteront (ajoutant un peu de bruit). C'est sur ce compromis que se base cette nouvelle technique de compression. Ce qui est important, c'est la précision de la mesure de l'amplitude, et non de la phase, lors de la détection d'une onde gravitationnelle avec des lasers.
On espère que cette nouvelle technique pourra être appliquée à l'installation de LIGO de plusieurs millions de dollars, augmentant peut-être la sensibilité de LIGO de 44%.
“L'importance de ce travail est qu'il nous a forcés à affronter et à résoudre certains des défis pratiques de l'injection étatique - et ils sont nombreux. Nous sommes maintenant beaucoup mieux placés pour appliquer la compression dans les détecteurs à l'échelle du kilomètre et capturer cette vague gravitationnelle insaisissable. " - Nergis Mavalvala.
Source: Physorg.com
