I rivelatori di onde gravitazionali sono limitati dal rumore quantistico fondamentale – un “ronzio” incessante che non potranno mai rimuovere. Ma ora i fisici hanno recentemente migliorato una tecnica, chiamata “squeezing”, che può permettere alla prossima generazione di rivelatori di raddoppiare la loro sensibilità.

Tutte le onde gravitazionali che si muovono nell’universo sono incredibilmente deboli. Quando passano sulla Terra, anche le onde più forti si muovono non più della larghezza di un nucleo atomico. I nostri rivelatori, come LIGO e VIRGO che fanno rimbalzare i raggi laser avanti e indietro, devono misurare queste minuscole differenze. Ma quando lo fanno, si scontrano con l’incertezza fondamentale dell’universo dettata dalla meccanica quantistica.

Questa incertezza fondamentale si chiama principio d’incertezza di Heisenberg, e ci dice che certi insiemi di misure (come, per esempio, la posizione e la quantità di moto di una particella, o la fase e la luminosità di un raggio di luce) non potranno mai essere così precisi come vogliamo. Questa incertezza limita la dimensione delle onde gravitazionali che possiamo rilevare – devono essere più grandi del “rumore” quantistico di fondo dovuto al principio di incertezza.

Ma i fisici sono gente intelligente, e hanno trovato un modo per ingannare il principio di incertezza “spremendo” la luce. In sostanza, il trucco funziona preparando accuratamente la sorgente di luce, rendendo la misura della fase più precisa (che è quella che usiamo per rilevare le onde gravitazionali) con un costo associato nella misura della luminosità (che non ci interessa così tanto). In questo modo, il principio generale di incertezza viene rispettato, mentre si ottiene una maggiore precisione dalle osservazioni.

Il team di un esperimento laser, GEO600, è stato in grado di ridurre il rumore quantico fondamentale di un fattore due. Se il loro sistema fosse a qualcosa come LIGO, allora LIGO sarebbe in grado di rilevare onde gravitazionali due volte più deboli, aumentando le capacità di osservazione dello strumento.

“Ci siamo concentrati sull’ottimizzazione e la caratterizzazione della sorgente di luce compressa a GEO600 e della sua interfaccia con il rivelatore. Rispetto a un rivelatore senza compressione, il volume osservabile dell’Universo è ora aumentato di un fattore 8 alle alte frequenze. Questo potrebbe aiutare a migliorare la nostra comprensione delle stelle di neutroni”, dice il dottor James Lough, capo scienziato di GEO600 e primo autore della pubblicazione che è apparsa in Physical Review Letters.

Questa tecnologia sarà necessaria per abilitare la prossima generazione di rivelatori. “La comunità internazionale sta attualmente progettando la terza generazione di rivelatori di onde gravitazionali: il telescopio europeo Einstein e Cosmic Explorer negli Stati Uniti. Entrambi avranno bisogno di livelli di compressione ancora più alti degli impressionanti risultati che abbiamo ottenuto. GEO600 è nella posizione ideale per ottimizzare ulteriormente questa tecnologia”, dice il Prof. Karsten Danzmann, direttore dell’AEI e direttore dell’Istituto di Fisica Gravitazionale alla Leibniz Universität Hannover.