引力波猎手再启程，这一次将借助量子力学之力

升级后的LIGO和处女座探测器将释放更精确的“时空涟漪”数据。

引力波探测热潮卷土重来——这一次是在量子力学的帮助下。经过19个月的关闭和升级，LIGO(激光干涉引力波天文台)和意大利处女座引力波探测器两个探测器正式恢复数据采集。升级后的探测器不仅可以发现更多引力波(即包含大量宇宙信息的时空波纹)，还可以进行更详细的探测，这在一定程度上取决于被称为“光压缩”的量子现象。研究人员希望捕捉未被发现的事件，如超新星或黑洞与中子星融合。

位于意大利比萨附近的处女座引力波探测器的灵敏度自2017年以来增加了一倍。

这一行动将持续到明年，标志着引力波天文学研究的重大变化。LIGO和处女座将首次公开发送实时引力波探测信号，以帮助其他天文台和拥有望远镜的个人了解如何探测引力波事件，以便更多的传统设备，无论是射电望远镜还是天基X射线望远镜，都能加入探测任务。据报道，LIGO和处女座的探测信号也将通过手机应用程序发布。“天文学家不能再等了，”加州理工学院物理学家、LIGO项目负责人大卫·雷兹说。LIGO在2015年首次探测到引力波。

在之前的两次观测行动中，LIGO的两个探测器共发现了11个引力波信号，每个信号都来自一次剧烈的宇宙碰撞，其中10个信号来自两个黑洞的合并。在2017年加入探测小组后，较小的处女座探测器帮助完成了几次探测，尤其是2017年首次发现了两颗中子星合并产生的引力波。这一事件的探测数据帮助天文学家破解了许多宇宙之谜。

Reitze相信升级后的检测网络将能够捕捉更多的事件，从平均每月一次到大约每周一次。尽管大部分事件可能仍与黑洞重合，物理学家们渴望发现另一次中子星碰撞。

灵敏度升级

灵敏度的提高有助于探测器更好地区分真实信号和连续背景噪声，并为物理学家提供更多引力波的细节。这反过来又可以检验广义相对论，在广义相对论中，爱因斯坦预言了引力波的存在。

澳大利亚莫纳什大学的理论天体物理学家伊利亚·曼德尔说，未来的探索应该能够解开黑洞合并过程中的一些谜团，比如它们的旋转速度和方向。他说:“也许我们可以慢慢澄清黑洞是否会优先排列。”

如果两个黑洞的旋转轴彼此平行，这意味着它们有相同的起源，并且最初是两颗一起运行的恒星。另一方面，如果两个黑洞的自旋随机排列，这意味着它们有不同的起源，然后开始围绕彼此旋转。

LIGO在美国路易斯安那州利文斯顿的装置已经是最灵敏的引力波探测器，并且升级后的灵敏度将再增加40%。2017年，位于汉福德、华盛顿和处女座的LIGO干涉仪遇到了影响其探测能力的技术障碍，但一些追赶目标现已完成。意大利国家核物理研究所的物理学家兼处女座调试协调员阿莱西奥·罗基说，升级后的处女座的探测距离增加了一倍。

激光升级

这种灵敏度的提升主要来自天文台核心激光器的两个变化。

LIGO的两个探测器是L形真空系统，有两个4公里长的干涉臂。意大利比萨附近的处女座装置与此类似，但它的臂只有3公里长。检测器内两端都有反射器，激光束在反射器之间来回转动。当引力波穿过地球时，激光束的长度会有微小的变化。

为了使背景噪声中的信号更容易被识别，LIGO和处女座的物理学家增加了激光的功率，并首次将“压缩光”应用到量子力学中。

真空中充满了消散的基本粒子。在引力波探测器中，这种随机波动导致激光束中的光子在不可预测的情况下撞击镜子。这一直是LIGO和处女座探测高频或三重引力波的主要障碍。然而，物理学家可以使用压缩光来操纵这种波动，并让它成为他们自己的用途。因此，只要部分波动转向低频，就可以进一步提高高频波的检测概率。

压缩光

几十年来，压缩光一直是量子光学实验的标准工具。自2010年以来，它已应用于位于德国汉诺威的GEO600探测器，该探测器有一个600米长的臂，是一个LIGO试验台。2010年，一个团队首次在GEO600探测器上测试了压缩光技术。

压缩光技术特别适用于探测由双中子星和较小黑洞合并产生的引力波。这是因为当较轻的天体围绕彼此旋转时，它们会在碰撞前以每秒500次的频率相互环绕，这将大大增加超出干涉仪探测范围的引力波的“间距”(频率)。提高探测器的灵敏度有望一直追踪到天体的尽头。

从现在开始，每一次成功的引力波探测都会公开发出实时信号。因此，世界各地的天文学家正准备跟踪引力波的探测，并使用传统技术，包括无线电、光学和x光观测台，来测试同样的事件。

当LIGO和处女座探测到两颗中子星合并产生的引力波时，世界各地的天文台都在关注这一事件，这也是天体物理学首次尝试“多信使”天文学。然而，之前想要跟踪和观察的天文学家团队必须与LIGO-处女座团队签署一份谅解备忘录，以接收被视为机密的信号。此外，研究人员还必须遵守禁令期。但是，从这次升级后的操作开始，所有这些限制都将被解除。“如果他们在后续观察中发现类似事件，他们可以做任何他们想做的事情。他们的出版内容和时间将不再受到限制。“这是一个巨大的变化。”

与此同时，在日本新建的KAGRA引力波天文台，研究人员正在努力调试他们的探测器，并力争在2020年初加入探测团队。第四个探测器的加入将大大提高此类宇宙事件的定位精度。