Fluctuations aléatoires indésirables dans la réponse d'un détecteur qui masquent le signal véritable.Le bruit de détecteur est la fluctuation aléatoire indésirable dans la sortie d'un instrument de mesure qui masque ou déforme le signal véritable. En physique, chaque mesure est une lutte entre le signal qui vous intéresse et le bruit qui lui fait concurrence. Cela est particulièrement critique dans les expériences qui recherchent des effets extrêmement faibles, comme les ondes gravitationnelles, où le signal peut être mille fois plus petit que le bruit dans lequel il est enfoui. Le défi ne consiste pas seulement à construire un détecteur sensible, mais à comprendre et à supprimer chaque source possible de bruit, des vibrations thermiques aux fluctuations quantiques.
L'étude systématique du bruit de détecteur a commencé au début du XXe siècle avec les travaux de Walter Schottky sur le bruit de grenaille dans les tubes à vide (1918) et ceux de Johnson et Nyquist sur le bruit thermique dans les résistances (1928). Le domaine a mûri avec le développement de l'électronique et plus tard de l'optique quantique.
Le bruit provient de nombreuses sources. Le bruit thermique vient du mouvement aléatoire des atomes et des électrons dans les composants du détecteur, ce qui crée de minuscules courants électriques ou des tremblements mécaniques. Le bruit de grenaille est la fluctuation statistique du nombre de particules (comme les photons ou les électrons) arrivant sur le détecteur — il est inhérent à la nature discrète de la matière et de la lumière. Le bruit quantique, y compris le bruit de pression de radiation, provient du principe d'incertitude fondamental : même un détecteur parfait est perturbé par le simple fait de mesurer. Pour réduire le bruit, les physiciens refroidissent les détecteurs à des températures proches du zéro absolu, les isolent des vibrations et utilisent des techniques astucieuses comme la lumière comprimée pour manipuler le bruit quantique.
La réduction du bruit est le défi d'ingénierie central dans les observatoires d'ondes gravitationnelles comme LIGO et Virgo, où les miroirs sont suspendus à des pendules délicats et les lasers sont réglés pour minimiser le bruit quantique, permettant ainsi la détection des ondulations de l'espace-temps provenant de la collision de trous noirs.
Dans les détecteurs d'ondes gravitationnelles, les miroirs sont si bien isolés que le bruit résiduel est dominé par les effets quantiques — le simple fait de mesurer la position du miroir avec la lumière laser le pousse en raison de la pression de radiation.
