Детектор гравитационных волн
Детектор гравитационных волн (гравитационно-волновой телескоп) — техническое устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Согласно ОТО, гравитационные волны, образующиеся, например, в результате слияния двух чёрных дыр где-то во Вселенной, вызывают чрезвычайно слабое периодическое изменение расстояний между пробными частицами вследствие колебаний самого пространства-времени. Эти колебания пробных тел и регистрирует детектор. Кроме того, такие детекторы способны измерять гравитационные возмущения геофизической природы.[1] Так, например, на интерферометрах LIGO и VIRGO были зарегистрированы модуляции со сидерической периодичностью.[1]
Наиболее распространены два типа детекторов гравитационных волн. Один из типов, впервые реализованный Джозефом Вебером (Мэрилендский университет) в 1967 году, представляет собой гравитационную антенну — как правило, это металлическая массивная болванка, охлаждённая до низкой температуры. Размеры детектора при падении на него гравитационной волны изменяются, и если частота волны совпадает с резонансной частотой антенны, амплитуда колебаний антенны может стать настолько большой, что колебания можно детектировать. В пионерском эксперименте Вебера антенна представляла собой алюминиевый цилиндр длиной 2 м и диаметром 1 м, подвешенный на стальных проволочках; резонансная частота антенны составляла 1660 Гц, амплитудная чувствительность пьезодатчиков — 10−16 м. Вебер использовал два детектора, работавших на совпадения, и сообщил об обнаружении сигнала, источником которого с наибольшей вероятностью был центр Галактики. Однако независимые эксперименты не подтвердили наблюдений Вебера. Из действующих в настоящее время детекторов по такому принципу работает сферическая антенна MiniGRAIL (Лейденский университет, Голландия), а также антенны ALLEGRO, AURIGA, EXPLORER и NAUTILUS.
В другом типе экспериментов по детектированию гравитационных волн измеряется изменение расстояния между двумя пробными массами с помощью лазерного интерферометра Майкельсона. Использовать интерферометр Майкельсона для непосредственного обнаружения гравитационных волн впервые предложили в 1962 году советские физики М. Е. Герценштейн и В. И. Пустовойт [ЖЭТФ, 43, 605, 1962, см. также Soviet Physics JETP, v.16, № 2, 433, 1963)], но эта работа осталась незамеченной, а вторично эта идея была выдвинута американскими физиками в начале 1970-х годов.
Устройство интерферометрического детектора следующее: в двух длинных (длиной в несколько сот метров или даже километров) перпендикулярных друг другу вакуумных камерах подвешиваются зеркала. Когерентный свет, например лазерный луч, расщепляется, идёт по обеим камерам, отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется. В «спокойном» состоянии длины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят друг друга (деструктивно интерферируют), и освещённость фотодетектора оказывается нулевой. Но стоит лишь какому-нибудь из зеркал сместиться на микроскопическое расстояние (причём речь идёт о расстоянии на порядки меньше световой волны — о тысячных долях размера атомного ядра), как компенсация двух лучей станет неполной и фотодетектор уловит свет.
В настоящее время гравитационные телескопы такого типа работают или находятся в стадии возведения в рамках американо-австралийского проекта LIGO (наиболее чувствительный), немецко-английского GEO600, франко-итальянского VIRGO и японского KAGRA (LCGT):
| Проект | Расположение телескопа | Длина плеча |
|---|---|---|
| KAGRA | Токио, Япония | L = 3 км |
| GEO600 | Ганновер, Германия | L = 0,6 км |
| VIRGO | Пиза, Италия | L = 3 км |
| LIGO | Хэнфорд, шт. Вашингтон, США | L = 4 км |
| Ливингстон, шт. Луизиана, США | L = 4 км |
Данные измерений детекторов LIGO и GEO600 обрабатываются с помощью проекта Einstein@Home (распределённые вычисления на тысячах персональных компьютеров).
Описанные выше типы детекторов чувствительны к низкочастотным гравитационным волнам (до 10 кГц). Ещё более низкочастотный сигнал (10−2−10−3Гц), соответствующий периодическим источникам гравитационных волн типа тесных двойных, возможно, был зарегистрирован[2] с помощью метода, основанного на эффекте оптико-метрического параметрического резонанса[3]. В эксперименте используются наблюдения космических радиоисточников (мазеров) с помощью обычного радиотелескопа. Разрабатываются и высокочастотные варианты детекторов гравитационных волн, например, основанные на взаимном сдвиге частот двух разнесённых осцилляторов или на повороте плоскости поляризации микроволнового пучка, циркулирующего по петлевому волноводу.
- EGO — Европейская гравитационная обсерватория (англ.)
- CLOVER telescope (англ.)
- MiniGRAIL — детектор гравитационных волн в Университете Лейдена (Нидерланды).
- Разрабатывается эксперимент LISA, в котором лазерный интерферометр будет находиться в космосе, с длиной плеча 5 млн км и чувствительностью к сдвигу пробных масс в 20 пм.
- китайский университет Чжуншань объявил (2016) о запуске проекта "Тайцзи" по изучению гравитационных волн.[4][5]
См. также
- Гравитационная антенна
- Einstein@Home — проект распределённых вычислений для поиска гравитационных волн.
- PSR B1913+16 — двойная система — пульсар, исследование которой дало первое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
- PSR J0737-3039 — двойная система пульсаров, исследование которой дало весомое косвенное подтверждение существования гравитационных волн.
Напишите отзыв о статье "Детектор гравитационных волн"
Примечания
- ↑ 1 2 [www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/r_146_779.pdf ЖЭТФ, 2014, том 146, вып.4 (10), стр. 779-793]
- ↑ Сипаров С. В., Самодуров В. А. [www.computeroptics.smr.ru/KO/PDF/KO33-1/10.pdf Выделение составляющей излучения космического мазера, возникающей из-за гравитационно-волнового воздействия] // Компьютерная оптика № 33 (1), 2009, с. 79.
- ↑ Сипаров С. В. [www.aanda.org/index.php?option=com_article&access=bibcode&Itemid=129&bibcode=2004A%2526A...416..815SFUL A two-level atom in the field of a gravitational wave — on the possibility of parametric resonance] // Astronomy & Astrophysics, № 416, 2004, с. 815—824) (англ.)
- ↑ [russian.people.com.cn/n3/2016/0215/c31517-9016548.html Китайский университет Чжуншань объявил о запуске проекта по изучению гравитационных волн] // «Жэньминь жибао», 15.02.2016
- ↑ [ria.ru/science/20160321/1393724172.html КНР начала строительство по проекту изучения гравитационных волн] // РИА, март 2016
Ссылки
- [www.ligo.caltech.edu/ Проект LIGO]
- [www.geo600.uni-hannover.de/ Проект GEO600]
- [igec.lnl.infn.it/ Проект IGEC]
- [www.boinc.ru/Doc/Einst/einstein2005.html Поиск гравитационных волн]
- [vokrugsveta.ru/publishing/vs/archives/?item_id=3003 Популярный обзор на начало 2007 г.]
- [dulkyn.ru/ Проект Дулкын]
| ||||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Детектор гравитационных волн
Он перекрестился на передний угол и подошел к Долохову, протягивая черную, небольшую руку.– Федору Ивановичу! – сказал он, кланяясь.
– Здорово, брат. – Ну вот и он.
– Здравствуй, ваше сиятельство, – сказал он входившему Анатолю и тоже протянул руку.
– Я тебе говорю, Балага, – сказал Анатоль, кладя ему руки на плечи, – любишь ты меня или нет? А? Теперь службу сослужи… На каких приехал? А?
– Как посол приказал, на ваших на зверьях, – сказал Балага.
– Ну, слышишь, Балага! Зарежь всю тройку, а чтобы в три часа приехать. А?
– Как зарежешь, на чем поедем? – сказал Балага, подмигивая.
– Ну, я тебе морду разобью, ты не шути! – вдруг, выкатив глаза, крикнул Анатоль.
– Что ж шутить, – посмеиваясь сказал ямщик. – Разве я для своих господ пожалею? Что мочи скакать будет лошадям, то и ехать будем.
– А! – сказал Анатоль. – Ну садись.
– Что ж, садись! – сказал Долохов.
– Постою, Федор Иванович.
– Садись, врешь, пей, – сказал Анатоль и налил ему большой стакан мадеры. Глаза ямщика засветились на вино. Отказываясь для приличия, он выпил и отерся шелковым красным платком, который лежал у него в шапке.
– Что ж, когда ехать то, ваше сиятельство?
– Да вот… (Анатоль посмотрел на часы) сейчас и ехать. Смотри же, Балага. А? Поспеешь?
– Да как выезд – счастлив ли будет, а то отчего же не поспеть? – сказал Балага. – Доставляли же в Тверь, в семь часов поспевали. Помнишь небось, ваше сиятельство.
– Ты знаешь ли, на Рожество из Твери я раз ехал, – сказал Анатоль с улыбкой воспоминания, обращаясь к Макарину, который во все глаза умиленно смотрел на Курагина. – Ты веришь ли, Макарка, что дух захватывало, как мы летели. Въехали в обоз, через два воза перескочили. А?
– Уж лошади ж были! – продолжал рассказ Балага. – Я тогда молодых пристяжных к каурому запрег, – обратился он к Долохову, – так веришь ли, Федор Иваныч, 60 верст звери летели; держать нельзя, руки закоченели, мороз был. Бросил вожжи, держи, мол, ваше сиятельство, сам, так в сани и повалился. Так ведь не то что погонять, до места держать нельзя. В три часа донесли черти. Издохла левая только.
Анатоль вышел из комнаты и через несколько минут вернулся в подпоясанной серебряным ремнем шубке и собольей шапке, молодцовато надетой на бекрень и очень шедшей к его красивому лицу. Поглядевшись в зеркало и в той самой позе, которую он взял перед зеркалом, став перед Долоховым, он взял стакан вина.
– Ну, Федя, прощай, спасибо за всё, прощай, – сказал Анатоль. – Ну, товарищи, друзья… он задумался… – молодости… моей, прощайте, – обратился он к Макарину и другим.
Несмотря на то, что все они ехали с ним, Анатоль видимо хотел сделать что то трогательное и торжественное из этого обращения к товарищам. Он говорил медленным, громким голосом и выставив грудь покачивал одной ногой. – Все возьмите стаканы; и ты, Балага. Ну, товарищи, друзья молодости моей, покутили мы, пожили, покутили. А? Теперь, когда свидимся? за границу уеду. Пожили, прощай, ребята. За здоровье! Ура!.. – сказал он, выпил свой стакан и хлопнул его об землю.
– Будь здоров, – сказал Балага, тоже выпив свой стакан и обтираясь платком. Макарин со слезами на глазах обнимал Анатоля. – Эх, князь, уж как грустно мне с тобой расстаться, – проговорил он.
– Ехать, ехать! – закричал Анатоль.
Балага было пошел из комнаты.
– Нет, стой, – сказал Анатоль. – Затвори двери, сесть надо. Вот так. – Затворили двери, и все сели.
– Ну, теперь марш, ребята! – сказал Анатоль вставая.
Лакей Joseph подал Анатолю сумку и саблю, и все вышли в переднюю.
– А шуба где? – сказал Долохов. – Эй, Игнатка! Поди к Матрене Матвеевне, спроси шубу, салоп соболий. Я слыхал, как увозят, – сказал Долохов, подмигнув. – Ведь она выскочит ни жива, ни мертва, в чем дома сидела; чуть замешкаешься, тут и слезы, и папаша, и мамаша, и сейчас озябла и назад, – а ты в шубу принимай сразу и неси в сани.
Лакей принес женский лисий салоп.
– Дурак, я тебе сказал соболий. Эй, Матрешка, соболий! – крикнул он так, что далеко по комнатам раздался его голос.
Красивая, худая и бледная цыганка, с блестящими, черными глазами и с черными, курчавыми сизого отлива волосами, в красной шали, выбежала с собольим салопом на руке.
– Что ж, мне не жаль, ты возьми, – сказала она, видимо робея перед своим господином и жалея салопа.
Долохов, не отвечая ей, взял шубу, накинул ее на Матрешу и закутал ее.
– Вот так, – сказал Долохов. – И потом вот так, – сказал он, и поднял ей около головы воротник, оставляя его только перед лицом немного открытым. – Потом вот так, видишь? – и он придвинул голову Анатоля к отверстию, оставленному воротником, из которого виднелась блестящая улыбка Матреши.
– Ну прощай, Матреша, – сказал Анатоль, целуя ее. – Эх, кончена моя гульба здесь! Стешке кланяйся. Ну, прощай! Прощай, Матреша; ты мне пожелай счастья.
– Ну, дай то вам Бог, князь, счастья большого, – сказала Матреша, с своим цыганским акцентом.
У крыльца стояли две тройки, двое молодцов ямщиков держали их. Балага сел на переднюю тройку, и, высоко поднимая локти, неторопливо разобрал вожжи. Анатоль и Долохов сели к нему. Макарин, Хвостиков и лакей сели в другую тройку.
– Готовы, что ль? – спросил Балага.
– Пущай! – крикнул он, заматывая вокруг рук вожжи, и тройка понесла бить вниз по Никитскому бульвару.
– Тпрру! Поди, эй!… Тпрру, – только слышался крик Балаги и молодца, сидевшего на козлах. На Арбатской площади тройка зацепила карету, что то затрещало, послышался крик, и тройка полетела по Арбату.
Дав два конца по Подновинскому Балага стал сдерживать и, вернувшись назад, остановил лошадей у перекрестка Старой Конюшенной.
Молодец соскочил держать под уздцы лошадей, Анатоль с Долоховым пошли по тротуару. Подходя к воротам, Долохов свистнул. Свисток отозвался ему и вслед за тем выбежала горничная.
– На двор войдите, а то видно, сейчас выйдет, – сказала она.
Долохов остался у ворот. Анатоль вошел за горничной на двор, поворотил за угол и вбежал на крыльцо.
Гаврило, огромный выездной лакей Марьи Дмитриевны, встретил Анатоля.
– К барыне пожалуйте, – басом сказал лакей, загораживая дорогу от двери.
– К какой барыне? Да ты кто? – запыхавшимся шопотом спрашивал Анатоль.
– Пожалуйте, приказано привесть.
– Курагин! назад, – кричал Долохов. – Измена! Назад!
Долохов у калитки, у которой он остановился, боролся с дворником, пытавшимся запереть за вошедшим Анатолем калитку. Долохов последним усилием оттолкнул дворника и схватив за руку выбежавшего Анатоля, выдернул его за калитку и побежал с ним назад к тройке.
Марья Дмитриевна, застав заплаканную Соню в коридоре, заставила ее во всем признаться. Перехватив записку Наташи и прочтя ее, Марья Дмитриевна с запиской в руке взошла к Наташе.
