لقد ضاعفنا للتو عدد موجات الجاذبية التي يمكننا العثور عليها

يمكن حجب موجات الجاذبية التي تمتد من آلاف إلى مليارات الأميال في أجهزة الكشف لدينا عن طريق أصغر التقلبات الكمومية التي تتخلل الزمكان. لكن الآن، وجد الباحثون في مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) طريقة للتغلب على هذا الضجيج الكمي. ونتيجة لذلك، فقد وجدوا ما يقرب من ضعف عدد الأحداث الكونية كما كان من قبل.

“لقد أدركنا أن الضوضاء الكمومية سوف تحدنا منذ وقت طويل. انها ليست مجرد نزوة [quantum] يقول وينكسوان جيا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إن الشيء الذي يجب إثباته، هو شيء يؤثر حقًا على الكاشف الفعلي”.

يكتشف مرصد LIGO موجات الجاذبية، والتموجات في نسيج الزمكان الناتجة عن أحداث كونية مثيرة مثل الاصطدامات بين الثقوب السوداء. للقيام بذلك، يطلق شعاع ليزر على طول ذراعيه البالغ طولهما 4 كيلومترات، والمتعامدين مع بعضهما البعض. تعمل موجة الجاذبية المارة على سحق وتوسع جزء الزمكان الذي توجد فيه هذه الأذرع، مما يؤدي إلى اختلاف بسيط بين المسافات التي تقطعها الحزمتان.

لكن هذا التناقض صغير جدًا لدرجة أنه قد يكون من الصعب معرفة متى يكون سببه موجات الجاذبية ومتى يكون بسبب ومضات الحقول الكمومية غير المحسوسة تقريبًا والتي تتخلل الفضاء بأكمله، بما في ذلك ضوء الليزر نفسه. ووجد الباحثون أن تغيير الخصائص الكمومية لهذا الضوء يمكن أن يساعدهم في قمع طقطقة الحقول الكمومية والحصول على إشارة موجة جاذبية أكثر وضوحًا.

لقد أضافوا سلسلة من الأجهزة إلى الكاشف، بما في ذلك بلورة خاصة والعديد من العدسات والمرايا، والتي تعمل جميعها معًا “لضغط” ضوء LIGO إلى حالة كمومية حيث تقلل الارتباطات بين جزيئات الضوء من الوميض.

أكمل مرصد LIGO أول تشغيل له باستخدام الضوء المضغوط في عام 2020، لكن الطريقة لم تنجح إلا مع موجات الجاذبية ذات الترددات العالية نسبيًا، حيث أنتجت تلك الترددات المنخفضة إشارات أكثر ضوضاءً من ذي قبل. قام جيا وزملاؤه بتعديل عملية الضغط لتعمل بشكل جيد على قدم المساواة في كل من الترددات العالية والمنخفضة قبل تشغيل مرصد LIGO في عام 2023. كان لهذا التغيير تأثير مذهل: فقد تضاعف تقريبًا عدد موجات الجاذبية التي اكتشفها، مما سمح للآلة فعليًا بالكشف عن جزء أكبر من كوننا.

يقول تشاد هانا من جامعة ولاية بنسلفانيا: “لقد أدى تجاوز حدود القياس الكمي إلى توسيع حدود قياس الزمكان، وهو أمر جميل حقًا”. ويقول إن هذه الدقة المتقدمة ستمكن مرصد LIGO من رؤية اندماجات الثقوب السوداء “على طول الطريق إلى تكوين النجوم الأولى”.

يقول بروس ألين من معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية في ألمانيا أن هناك عدة أنواع جديدة من موجات الجاذبية التي يرغب الفيزيائيون في رؤيتها بدقة LIGO الجديدة. ويشمل ذلك تلك المنبعثة باستمرار من النجوم النيوترونية الوعرة أثناء دورانها، على عكس تلك التي تنبعث منها عندما تصطدم بشيء ما، والذي كان أصل معظم موجات الجاذبية المكتشفة حتى الآن.

تفتح الترقية أيضًا الباب أمام اكتشافات جديدة تمامًا، حيث يمكن أن تساعد في استكشاف خلفية موجة الجاذبية التي تتخلل الزمكان. “في كل مرة تزيد فيها الحساسية [of your detectors]يقول ألين: “إنك تزيد من فرصك في مواجهة ما هو غير متوقع”.