「圧縮光」と呼ばれるものが、宇宙の金鉱をより詳しく見せてくれるだろう

2015年、科学者たちは13億光年の彼方で起きた宇宙の衝突の証拠を捉えた。彼らは初めて重力波（巨大な物体が相互作用するときに生じる時空のさざ波）を捉えることで、この二重ブラックホールの衝突を探った。しかし今、物理学者たちはもっと遠くを見たいと考えている。そうすれば、金など多くの地球上の元素の源となっている可能性のある衝突する中性子星から発せられる波を正確に測定できる可能性がある。それには、これまでで最も感度の高い重力波検出器が必要だ。波を捉える装置はすべて同じメカニズムを利用している。米国のレーザー干渉計重力波観測衛星（LIGO）とヨーロッパのVirgoは、先端に鏡を備えた長さ2マイル以上もの腕にレーザーを照射する。通過する波は原子の幅よりも小さい程度に鏡を揺らし、科学者はレーザー光内の光子が鏡で跳ね返って戻ってくる時間に基づいて波紋を測定する。通常、光子はランダムな間隔でレーザーから出るため、信号は不鮮明になる。

これらの光子を雨滴、重力波の測定にかかる時間を歩道と想像してください。霧雨の滴は、互いに独立して歩道に当たります。ある場所はより長く乾いたままかもしれませんが、他の場所はびしょ濡れになります。光の光子の性質と同様に、雨の滴の性質は「粒状感」につながります。

物理学者たちは今や、比喩的な雨粒を均一にすることができる。改良された検出器では、「スクイーズド光」と呼ばれる量子物理学の原理が、研究者たちがより正確な画像を描くのに役立っている。スクイーズド光は、特殊な結晶にレーザーを照射することで機能し、光子の流れの速度を調整して、より均一な間隔になるようにする。

雨粒はランダムに落ちるのではなく、乾いた部分よりもすでに濡れている部分に当たる可能性が低くなります。その結果、歩道の広場に均等に雨が降り注ぎます。あるいは、重力波の場合は、不均一で飛び散る画像ではなく、ほぼ完全な上下の波パターンになります。

ある次元で圧縮することは別の次元で引き伸ばすことを意味しますが、科学者は光のエネルギーに関する確実性をあきらめても、重要な情報を失うことはありません。「私たちは光を操作して、1つの[測定]に不確実性をより多く入れることで、もう1つの測定をより正確に測定します」と、LIGOの協力者であるカーディフ大学のキャサリン・ドゥーリーは言います。

スクイーズドライト技術により、ドイツの小型検出器GEO600の精度はすでに4倍に向上している。LIGOとVirgoでも同様の向上が見られれば、重力の虹の果てにある黄金の壺である宇宙から、さらに多くの中性子星衝突を絞り出すことができるだろう。

1. 規模が全然違います:

私たちの銀河全体は、このページの周期よりも小さいでしょう。

2. 36億光年：

LIGO は微小な震えを利用して、太陽の 30 倍の質量を持つブラックホールの衝突を検出します。

3. 49億光年:

圧縮された光は、LIGO の視野を十分に広げ、地球が存在する前に合体したブラックホールを発見できるようになります。

この記事はもともと、Popular Science 誌の 2018 年秋号 Tiny に掲載されました。