Die Entdeckung von Gravitationswellen aus der Verschmelzung eines binären Neutronensterns im Jahr 2017 markierte einen bedeutenden Durchbruch in der Physik. Diese Wellen lieferten entscheidende Informationen über das Universum, von den Ursprüngen kurzer Gammastrahlenausbrüche bis zur Bildung schwerer Elemente.
Allerdings bleibt das Fangen von Gravitationswellen, die von den Überresten nach der Fusion ausgehen, eine Herausforderung, da diese Wellen außerhalb der Reichweite der aktuellen Detektoren liegen. Dennoch könnten sie Einblicke in die innere Struktur von Neutronensternen geben.
Ein durch den Kerr-Effekt verbesserte optische Feder zeigt eine anpassbare Nichtlinearität, die potenzielle Anwendungen zur Verbesserung der Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren und in verschiedenen optomechanischen Systemen bietet.
Crédit: Tokyo Tech Die Lösung könnte in der Signalverstärkung durch eine optische Feder liegen, die den Strahlungsdruck des Lichts nutzt, um ein Feder-ähnliches Verhalten zu simulieren. Ein Team von japanischen Forschern der Technischen Hochschule von Tokio, unter der Leitung des außerordentlichen Professors Kentaro Somiya und Doktor Sotatsu Otabe, schlägt eine Innovation vor: die durch den Kerr-Effekt verbesserte optische Feder.
Um dieses System empfindlicher zu machen, ohne mehr Energie zu benötigen, verwenden die Forscher eine spezielle Technik in einem optischen Gerät. Sie führen ein Material ein, das als Kerr-Medium bezeichnet wird. Dieses Material hat die Besonderheit, den Brechungsindex des Lichts zu ändern.
Dank dieser Eigenschaft kann das Gerät wie eine steifere Lichtfeder wirken, seine Fähigkeit, auf sehr feine Veränderungen, wie die durch Gravitationswellen verursachten, zu reagieren, zu erhöhen, ohne mehr Energie zu verbrauchen. Tests haben bewiesen, dass diese Methode die Steifigkeit der Lichtfeder um das 1,6-fache erhöht, wodurch das Gerät in der Lage ist, Veränderungen bei höheren Frequenzen von 53 bis 67 Hz zu erkennen.
Dieser Fortschritt eröffnet Perspektiven für die nächste Generation von Gravitationswellendetektoren, die in der Lage sind, bislang ungreifbare Wellen zu erfassen und uns zusätzliche Schlüssel zur Zusammensetzung des Universums zu liefern. Das vorgeschlagene Design ist einfach zu implementieren und führt einen einstellbaren Parameter in optomechanischen Systemen ein.
Quelle: Physical Review Letters