Що таке фотонний шум, найлегше представити на прикладі сильного дощу: хай в середньому кожну хвилину на землю падає практично однакова кількість крапель, але кожну десяту частку секунди по поверхні вдаряє різне їх число. То їх 35, то 3, то 19 на квадратний метр і так далі.
У звичайному промені світла, що падає на поверхню, число фотонів також хаотично коливається навколо середнього значення. І навіть в класичному лазері, що проводить когерентне випромінювання, від фотонного шуму нікуди не втекти - він походить з "статистичної" природи випромінювання, із законів квантової фізики.
Обдурити фізичні закони, звичайно, не можна, але у ряді випадків їх можна "перехитрити": це довели дослідники з двох згаданих установ, створивши лазер, в якому фотонний шум був зменшений в 10 разів. Вийшло так зване "стисле" лазерне світло (squeezed laser light) із значно більш рівномірним розподілом фотонів за часом.
У основі нового приладу - кристал з подвійним заломленням. Його підсвічували зеленим лазером, який впливав на електронну хмару атомарних ґрат, примушуючи його коливатися з частотою цього "зеленого випромінювання". Це була підготовка кристала до прийому інфрачервоного лазерного променя.
Такий промінь, з довжиною хвилі удвічі більшою, ніж у першого лазера, пройшовши через кристал, зазнавав дивовижного перетворення. Річ у тому, що кристал перетворювався на "склад інфрачервоних фотонів", частина яких виявлялася збережена "до певного часу" (це дуже схоже на попередні досліди з "зупинки" світла).
Фактично кристал автоматично заповнював "паузи" в потоці, роблячи інфрачервоний промінь куди більш рівномірним (схоже на роботу стабілізатора напруги, чи не так?).
Але навіщо потрібний промінь, фотони в якому слідують один за одним з однаковим проміжком? Таке випромінювання може стати в нагоді у безлічі областей. Наприклад, в квантовій криптографії. Будь-яке втручання в такий підготовлений потік, передавальний ключ, буде легко виявлено, оскільки викличе стрибкоподібне зростання фотонного шуму.
Але куди цікавіше, що новий лазер покликаний істотно підвищити чутливість приймачів гравітаційних хвиль. Один з авторів цього лазера, Роман Шнабель (RomanSchnabel) з інституту гравітаційної фізики, говорить: "Ми можемо збільшити досяжність гравітаційних приймачів утричі, що дозволить спостерігати, наприклад, злиття пари чорних дірок на іншому краю Всесвіту".
Шнабель і його колеги пристосовують зараз новий лазер до німецько-британского гравітаційного приймача GEO 600, одному з найдосконаліших приладів такого роду.
Хоча до цих пір жодна наукова група, що "проглядає" небо за допомогою подібних установок, не виявила гравітаційні хвилі, учені сподіваються, що "стисле світло" дозволить їм, нарешті, підняти чутливість гравітаційних приймачів настільки, що вдасться надійно зафіксувати невловимі поки сигнали Всесвіту.
Річ у тому, що в таких системах використовуються промені світла, що бігають між дзеркалами. Точність вимірювання відстані між останніми така висока (на багато порядків менше діаметру атома), що можливе проходження гравітаційної хвилі легко загубиться просто на тлі фотонного шуму в застосованому лазерному промені.
Тому скорочення цього шуму в 10 разів - великий прорив на ниві гравітаційної астрономії, що прагне вперше розгледіти чорні дірки, внутрішню структуру нейтронних зірок і багато інших цікавих речей, повідомляє membrana.ru.
2 
35413
Коментарі