低密度鏡を用いた輻射圧揺らぎの観測

使用低密度镜观察辐射压力波动

基本信息

批准号：
13J10490
负责人：
松本伸之
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

あらゆる測定系は、被測定物とプローブから成り立っており、それらの間の相互作用の影響を観測することで様々な情報を取得することが可能となる。レーザー干渉計型重力波検出器においては、懸架された鏡は重力波に対するプローブとして働き、その到来に対し位置の変動という応答を示す。他方、懸架鏡は被測定物でもあり、この場合プローブは鏡に照射されるレーザー光である。重力波によって揺らされる懸架鏡の位置の変動は、鏡表面で反射したレーザー光の位相変動から測定される。このような測定には、量子雑音限界と呼ばれる測定限界が存在する。本研究ではその一つである量子反作用に注目している。これは、プローブである光の量子揺らぎが鏡に運動量変動を与える擾乱のことである。将来の重力波検出器の感度は、この輻射圧の揺らぎによって制限されるため、その低減技術の確立が重要な課題となる。低減技術検証のためには輻射圧揺らぎに駆動される鏡を用意する必要があるが、それは巨視的なスケールにおいて実現していなかった。また、量子反作用はレーザー光の量子力学的状態を反映するため、これを精密に測定することが出来れば、レーザー光と巨視的な物体（懸架鏡）の量子相関を検出することが可能となる。従って、輻射圧揺らぎの影響は低減されるべき‘雑音’であるのみでなく、懸架鏡を含んだ巨視的な系における量子力学の検証のための‘信号’としての側面も併せ持つ。従って、懸架鏡に及ぼす輻射圧揺らぎの影響を評価することは興味深い。本年度は、昨年度に引き続き本研究の目標であった輻射圧揺らぎの観測実験を行った。その結果、本測定における本質的な雑音である熱的搖動力の影響よりも、量子輻射圧揺らぎの方が大きくなる測定系を開発することに成功した。昨年度の測定では、その比率は約0.3程度であったが、本年度に実施した装置改良によってその値を約1.4まで上昇することに成功した。

所有测量系统均由探针和测量对象组成，可以通过观察它们之间的相互作用来获得各种信息。在激光干涉仪型重力波检测器中，悬浮镜充当重力波的探测器，并显示出对其到达的响应，并具有位置变化。另一方面，悬浮镜也是要测量的对象，在这种情况下，探针是在镜子上照射的激光束。悬浮镜在重力波摇动的位置的波动是根据反射镜表面反射的激光的相变量来测量的。此类测量值具有称为量子噪声极限的测量极限。这项研究重点是其中一种，量子反应。这是一种干扰，其中的量子波动是探针的，会导致镜子的动量波动。未来重力波检测器的敏感性将受辐射压力波动的限制，因此建立一种减少它们的技术将成为一个重要问题。为了验证还原技术，有必要准备以辐射压力波动驱动的镜子，但这并未在宏观尺度上实现。此外，由于量子反应反映了激光的量子机械状态，因此，如果可以精确测量这一点，则可以检测激光光与宏观物体之间的量子相关性（悬架镜）。因此，辐射压力波动的影响不仅是应减少的“噪声”，而且还具有“信号”的方面，用于验证包括悬架镜在内的宏观系统中的量子力学。因此，评估辐射压力波动对悬架镜的影响很有趣。今年，我们进行了一项实验，以观察辐射压力波动，这是去年之后的这项研究的目的。结果，我们成功地开发了一个测量系统，在该系统中，量子辐射压力波动大于热力的影响，在该测量中，这本质上是噪声。在去年的测量中，该比率约为0.3，但是随着今年的设备改进，我们设法将价值提高到约1.4。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Development of the 5-mg suspended mirror driven by the measurement-induced back-action

开发由测量引起的反作用驱动的 5 毫克悬浮镜

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Michimura;M. Mewes;N. Matsumoto;Y. Aso;M. Ando;N. Matsumoto
通讯作者：
N. Matsumoto

Direct measurement of quantum back-action in a macroscopic system

宏观系统中量子反作用的直接测量

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takehiro Sagawa;Fuyuki Ito;Atsushi Sakai;Yudai Ogata;Keiji Tanaka;Hiroshi Ikeda;Nobuyuki Matsumoto
通讯作者：
Nobuyuki Matsumoto

Optically trapped mirror for reaching the standard quantum limit

光学捕获镜达到标准量子极限