Gravitációs hullám detektor

A gravitációs hullám detektor ( gravitációs hullám teleszkóp ) egy technikai eszköz , amelyet a gravitációs hullámok észlelésére terveztek . Az általános relativitáselmélet szerint a gravitációs hullámok, amelyek például két fekete lyuk egyesülése következtében keletkeznek valahol az univerzumban, rendkívül gyenge periodikus változást okoznak a tesztrészecskék távolságában magának a téridőnek a fluktuációja miatt. A teszttestek ezen rezgéseit a detektor rögzíti. Ezenkívül az ilyen detektorok képesek mérni a geofizikai természetű gravitációs perturbációkat [1] . Így például a LIGO és VIRGO interferométereken sziderális periodicitású modulációkat regisztráltak [1] .

Gravity Antenna

A legelterjedtebb kétféle gravitációs hullámdetektor. Az egyik típus, amelyet először Joseph Weber ( University of Maryland ) épített be 1967-ben, egy gravitációs antenna  - általában egy masszív, alacsony hőmérsékletre hűtött fémdarab. A detektor méretei megváltoznak, ha gravitációs hullám esik rá, és ha a hullám frekvenciája egybeesik az antenna rezonanciafrekvenciájával, akkor az antenna rezgésének amplitúdója olyan nagyra nőhet, hogy a rezgések érzékelhetők. Weber úttörő kísérletében az antenna egy 2 m hosszú és 1 m átmérőjű alumíniumhenger volt, amelyet acélhuzalokra függesztettek fel; az antenna rezonanciafrekvenciája 1660 Hz, a piezoérzékelők amplitúdó-érzékenysége 10 −16 m. Weber két koincidenciadetektort használt, és egy olyan jel észleléséről számolt be, amelynek forrása nagy valószínűséggel a Galaxis középpontja volt. Független kísérletek azonban nem erősítették meg Weber megfigyeléseit. A jelenleg működő detektorok közül ezen az elven működik a MiniGRAIL gömbantenna ( Leiden University , Hollandia), valamint az ALLEGRO , AURIGA , EXPLORER és NAUTILUS antennák .

Lézeres interferométer

A gravitációs hullám detektálási kísérlet másik típusa Michelson lézeres interferométerrel méri a két teszttömeg közötti távolság változását . A Michelson-interferométer alkalmazását a gravitációs hullámok közvetlen detektálására először 1962-ben M. E. Gercenshtein és V. I. Pustovoit szovjet fizikusok javasolták [2] , de ezt a munkát nem vették észre, és ezt az ötletet másodszor terjesztették elő amerikai fizikusok a 1970-es évek eleje.

Az interferometrikus detektor berendezése a következő: a tükröket két hosszú (több száz méter vagy akár kilométer hosszú) vákuumkamrában függesztik fel egymásra merőlegesen. A koherens fény, mint például a lézersugár , felhasad, áthalad mindkét kamerán, visszaverődik a tükrökről, visszatér és újra kombinálódik. „Nyugodt” állapotban a hosszokat úgy választjuk meg, hogy ez a két nyaláb egy félig átlátszó tükörben való újrakombináció után kioltsa egymást (pusztítóan zavarja), és a fotodetektor megvilágítása nulla legyen. De az egyik tükör elmozdulása mikroszkopikus távolsággal (~ 10-16 cm , ami 11 nagyságrenddel kisebb a fény hullámhosszánál, és az atommag méretének ezredrészét teszi ki) oda vezet, hogy a kompenzáció a két nyaláb közül megsérül, és a fotodetektor rögzíti a fényt.

Jelenleg ilyen típusú gravitációs teleszkópok üzemelnek vagy készülnek az amerikai-ausztrál LIGO projekt (a legérzékenyebb), a német-angol GEO600 , a francia-olasz VIRGO és a japán KAGRA (LCGT) keretében:

A LIGO és GEO600 detektorok mérési adatait az Einstein@Home projekt segítségével dolgozzák fel (elosztott számítástechnika több ezer személyi számítógépen).

Egyéb típusú detektorok

A fent leírt típusú detektorok érzékenyek az alacsony frekvenciájú gravitációs hullámokra (10 kHz-ig). Az optikai-metrikus parametrikus rezonancia hatásán alapuló módszerrel egy még alacsonyabb frekvenciájú jelet (10 -2 -10 -3 Hz), amely a gravitációs hullámok periodikus forrásainak, például közeli binárisoknak felel meg, detektálhattak [3] . ] . A kísérlet kozmikus rádióforrások ( maserek ) megfigyelését használja hagyományos rádióteleszkóppal . A gravitációs hullámdetektorok nagyfrekvenciás változatait is fejlesztik, például két, egymástól bizonyos távolságra lévő oszcillátor kölcsönös frekvencia-eltolódásán, vagy egy hurokhullámvezetőben keringő mikrohullámú nyaláb polarizációs síkjának elforgatásán alapulnak .

Feltételezték a nagyfrekvenciás gravitációs hullámok kondenzált dielektromos közeggel történő detektálásának lehetőségét a gravitációs sugárzás elektromágneses sugárzássá alakításával [5].

Hipotézist terjesztettek elő az alacsony frekvenciájú gravitációs sugárzás észlelésének lehetőségéről 5-7 * 10 6 cm méretű földkéreg blokkok gravitációs antennaként történő alkalmazásával [6] .

•  EGO – Európai Gravitációs Obszervatórium
• CLOVER  távcső
• A MiniGRAIL  egy gravitációs hullámdetektor a Leideni Egyetemen (Hollandia).
• Fejlesztés alatt áll a LISA - kísérlet , amelyben egy lézeres interferométert helyeznek el az űrben, vállhossza 2,5 millió km, és 20 órai teszttömegeltolódásra érzékeny.
• A kínai Zhongshan Egyetem bejelentette (2016) a gravitációs hullámok tanulmányozására irányuló Taiji projekt elindítását [7] [8] .

Lásd még

• Gravitációs antenna
• Az Einstein@Home  egy elosztott számítástechnikai projekt a gravitációs hullámok keresésére.
• A PSR B1913 + 16  egy bináris rendszer - egy pulzár , amelynek tanulmányozása az első közvetett megerősítést adta a gravitációs hullámok létezésére.
• A PSR J0737-3039  egy bináris pulzárrendszer, amelynek tanulmányozása közvetett módon jelentős mértékben megerősítette a gravitációs hullámok létezését.

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 ZhETF, 2014, 146. kötet, 4. szám (10), 779–793 . Hozzáférés időpontja: 2016. február 19. Az eredetiből archiválva : 2016. március 11. (határozatlan)
2. ↑ ZhETF, 43, 605, 1962, lásd még: Soviet Physics JETP, v.16, No. 2, 433, 1963.
3. ↑ Siparov S. V. , Samodurov V. A. Egy űrmaser sugárzási összetevőjének izolálása gravitációs hullám hatásból A Wayback Machine 2013. október 29-i archív másolata // Computer Optics No. 33 (1), 2009, p. 79.
4. ↑ Siparov S. V. Egy kétszintű atom a gravitációs hullám mezőjében - a parametrikus rezonancia lehetőségéről Archiválva : 2015. február 24. a Wayback Machine -nél // Astronomy & Astrophysics, No. 416, 2004, p. 815-824)   (angol)
5. ↑ Gorelik V. S., Gladyshev V. O., Kauts V. L. A nagyfrekvenciás gravitációs hullámok létrehozásáról és kimutatásáról dielektromos közegben optikai sugárzás hatására Archív másolat 2019. május 30-án a Wayback Machine -nél // Short Communications on Physics of the Physics Intézze őket. P.N. Lebegyev, az Orosz Tudományos Akadémia .2018. T. 45. No. 2. S. 10-21.
6. ↑ Braginsky V. B. , Mitrofanov V. P. , Yakimov V. N. Az alacsony frekvenciájú gravitációs hullámok keresésének módszereiről // A gravitáció és az elemi részecskék elméletének problémái. 17. szám - M., Energoatomizdat, 1986. - p. 6-8
7. ↑ A kínai Zhongshan Egyetem bejelentette, hogy elindít egy projektet a gravitációs hullámok tanulmányozására . Archív másolat 2016. február 23-án a Wayback Machine -nél // People's Daily, 2016.02.15.
8. ↑ Kína megkezdi a gravitációs hullámok tanulmányozására irányuló projekt építését A Wayback Machine 2016. március 22-i archív példánya // RIA, 2016. március

Linkek

• A LIGO projekt archiválva : 2018. január 26. a Wayback Machine -nál
• GEO600 projekt archiválva : 2016. április 6. a Wayback Machine -nél
• IGEC projekt archiválva 2012. november 29-én a Wayback Machine -nél
• Keressen gravitációs hullámokat
• Népszerű áttekintés 2007 elején
• Dulkyn Project archiválva : 2014. december 17. a Wayback Machine -nél