Riduzione del rumore quantistico

Advanced Virgo utilizza la tecnica della “luce squeezed” per ottenere la Riduzione del Rumore Quantistico (QNR). La compressione modifica l’equilibrio tra le fluttuazioni della luce che generano il rumore di shot noise e il rumore di pressione di radiazione, consentendo a Virgo di migliorare la propria sensibilità.

Durante il terzo ciclo osservativo (O3), Advanced Virgo ha utilizzato la compressione per ridurre il rumore di shot noise, aumentando di circa il 40% la sensibilità oltre i 200 Hz. Questo guadagno alle alte frequenze è stato ottenuto comprimendo le fluttuazioni di fase quantistiche, a scapito delle fluttuazioni di ampiezza. Tuttavia, durante O3, il rumore di pressione di radiazione non era un limite significativo per la sensibilità. Questa tecnica è chiamata “Compressione Indipendente dalla Frequenza” (FIS, Frequency Independent Squeezing), poiché ha lo stesso effetto (riduzione dello shot noise e aumento del rumore di pressione di radiazione) a tutte le frequenze.

Per le future osservazioni O4 e O5, Advanced Virgo implementerà uno schema di “Compressione Dipendente dalla Frequenza” (FDS, Frequency Dependent Squeezing): ciò consente di comprimere le fluttuazioni di fase ad alta frequenza (aumentando la pressione di radiazione quantistica, irrilevante in questa banda di frequenza), come nel FIS, ma allo stesso tempo anche di comprimere le fluttuazioni di ampiezza a basse frequenze (aumentando lo shot noise dove non è un problema). Con l’FDS, la sensibilità di Advanced Virgo può quindi essere migliorata a tutte le frequenze.

Per ottenere l’FDS è stato necessario installare una cavità ottica aggiuntiva lunga 300 metri, a bassissima perdita, parallela al braccio nord: si chiama cavità filtrante. Prima di entrare nell’interferometro dalla porta oscura della separatrice di fascio, gli stati quantistici compressi della luce generati dallo stesso sistema fornito da AEI vengono riflessi dalla cavità filtrante: in questo modo, la compressione viene trasformata da compressione del rumore di fase alle alte frequenze a compressione del rumore di ampiezza alle basse frequenze. Si dice che la compressione viene “ruotata in funzione della frequenza”.