Mengatasi halangan kepada pengesan gelombang graviti yang sangat sensitif • Igor Ivanov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Fizik

Mengatasi halangan kepada pengesan gelombang graviti yang sangat sensitif.

Versi lebih baik dari pengesan gelombang graviti LIGO akan membolehkan "menyiasat" sebahagian besar alam semesta daripada yang tersedia sekarang (jumlah kecil di sudut). Untuk ini, bagaimanapun, adalah perlu untuk menyelesaikan beberapa masalah teknikal yang sukar (imej dari laman web www.ligo.caltech.edu)

Pengesan gelombang graviti memerlukan peningkatan yang serius, dan ini memerlukan penyelesaian beberapa masalah teknikal yang tidak penting. Salah satu masalah ini baru-baru ini diselesaikan oleh ahli fizik Amerika dan Australia.

Ramai eksperimen dalam fizik moden adalah begitu berintensifkan sumber yang hanya memerlukan beberapa tahun untuk memasang dan menyahpasang pemasangan. Jangka masa yang panjang meninggalkan kesannya pada proses reka bentuk. Merancang percubaan seperti ini, ahli fizik tidak hanya meneruskan teknologi yang ada pada hari ini, tetapi juga bergantung kepada kemajuan fizik dan kejuruteraan terpakai. Pemaju secara harfiah berharap beberapa masalah teknikal yang tidak dapat diselesaikan sekarang akan diselesaikan dalam masa terdekat.

Itulah sebabnya perkembangan kejuruteraan yang tidak dapat dilihat, yang hanya boleh dibaca dalam jurnal khusus,sebenarnya, menyembunyikan penyelesaian salah satu masalah ini, dan oleh itu terobosan dalam salah satu eksperimen utama dalam fizik asas.

Salah satu daripada intensif sumber dan sangat penting untuk eksperimen fizik ialah pengesanan gelombang graviti. Gelombang graviti, yang diramalkan oleh teori relativiti umum (GTR) dan telah disahkan oleh kaedah tak langsung, adalah ayunan graviti, gangguan masa ruang, yang dilahirkan di beberapa galaksi, sebagai contoh, sebagai penggabungan dua lubang hitam, dan kini tersebar di seluruh alam Semesta. Melalui sistem suria dan Bumi, mereka akan menyebabkan "gemetar" benda yang sangat lemah, yang pengesan gelombang graviti cuba mendaftar.

Pada dasarnya, gelombang graviti telah "diburu" selama lebih dari 30 tahun (lihat artikel oleh V. M. Lipunov, Gravitational-Wave Sky), tetapi pencarian ini belum membawa kejayaan. Kejadian kosmik yang menyebabkan pecutan gelombang graviti berlaku sangat jarang di galaksi kita, sekali setiap seribu tahun. Tunggu mereka adalah tidak benar. Dalam gugusan galaksi tempatan, secara amnya, mereka berlaku lebih kerap, tetapi dari galaksi lain gelombang ini datang sangat lemah, dan sensitiviti peralatan untuk pendaftaran mereka tidak mencukupi untuk masa yang lama.

Hanya beberapa tahun yang lalu, pengesan pertama generasi baru, LIGO, dibina, yang mempunyai peluang untuk menangkap gelombang gelombang graviti pada masa hadapan.

Idea utama pengesan sedemikian adalah mudah. Dalam dua panjang (beberapa kilometer panjang!) Dan ruang vakum berserenjang satu sama lain, cermin digantung. Rasuk laser berpecah, melalui kedua-dua kamera, melantun dari cermin, kembali dan menghubungkan lagi. Dalam keadaan "tenang", panjang dipilih supaya kedua-dua rasuk ini, selepas reuni mereka di cermin lut sinar, membatalkan satu sama lain, dan photodetector mendapati dirinya dalam bayangan penuh. Tetapi sebaik sahaja mana-mana cermin dipindahkan ke jarak mikroskopik (perhatian: di sini kita bercakap tidak mengenai panjang gelombang cahaya, dan tidak kira-kira diameter atom, tetapi kira-kira seribu saiz nukleus atom!), kerana pampasan dua sinar akan menjadi tidak lengkap dan photodetector akan menangkap cahaya. Yang lebih kecil mengimbangi cermin, semakin lemah cahaya tidak dikompensasi akan. Ini bermakna bahawa pancaran laser yang lebih kuat beredar dalam pemasangan, semakin kecil peralihan cermin boleh dilihat dengan photodetector ini.

Pada masa ini, LIGO sedang bekerja di peringkat pertama, di mana ia akan dapat mendaftarkan 1 lonjakan dalam beberapa tahun (atau beberapa dozen – astrophysicists belum dapat meramalkan lebih tepat) tahun.Tetapi pemaju, tentu saja, tidak akan berhenti di sana. Matlamat mereka adalah "meningkatkan" kardinal pengesan, yang dikenali sebagai Advanced LIGO, yang akan meningkatkan sensitiviti dengan faktor sepuluh dan membolehkan anda merakam beberapa letupan setahun. Dan untuk ini, antara penambahbaikan lain, anda perlu meningkatkan kuasa pancaran laser seratus kali.

Inilah masalah teknikal yang timbul. Rasuk laser yang sangat kuat mempunyai kesan sampingan ke atas sistem optik yang ditala halus: cermin super reflektif dan kanta super telus akan menjadi panas dari pancaran tersebut. Pemanasan gelas (serta lapisan antireflection lensa) akan, pertama, untuk pengembangan mereka dan bentuk penyimpangan, dan kedua, untuk menukar indeks biasan mereka. Jika anda tidak memberi perhatian kepada "perkara-perkara kecil" ini, maka apabila anda mula seperti rasuk yang kuat, akan ada kegagalan seting yang kuat dan penyelewengan rasuk yang tidak dijangka, membatalkan semua usaha untuk meningkatkan kepekaan pengesan.

Untuk mengatasi masalah ini, satu kumpulan kerja khas telah diwujudkan dalam projek LIGO, termasuk penyelidik dari Amerika Syarikat dan Australia. Di Australia Barat, pemasangan panjang 80 meter direka bentukdireka bentuk untuk mensimulasikan impak rasuk yang kuat pada sistem kanta dan cermin, serta cuba untuk menghilangkan kesan ini.

Apa yang telah dicapai dalam eksperimen ini dijelaskan dalam artikel baru-baru ini oleh C. Zhao et al., Surat Pemeriksaan Fizikal, 96, 231101 (16 Jun 2006), juga tersedia sebagai gr-qc / 0602096.

Penulis menulis bahawa pancaran ujian dengan kuasa 1 kilowatt, yang diedarkan dalam sistem optik, benar-benar membawa kepada pemanasan unsur-unsur optik dan pemfokuskan rasuk laser. Untuk mengimbangi gangguan ini, penyelidik meletakkan plat telus khas di jalan rasuk, di sepanjang rim yang mana wayar nichrome biasa dilukai, sama dengan peralatan pemanasan rumah tangga. Arus diperbolehkan di sepanjang dawai, pinggan dipanaskan, tetapi pemanasannya lebih kuat di tepi pinggan.

Terima kasih kepada sistem semacam itu, penulis kerja berjaya menghapuskan gangguan yang disebabkan oleh laser berkuasa tinggi. Ray dipanaskan pusat bahagian kanta dan cermin; plat dipanaskan sebahagian besarnya di sekeliling perimeter. Kedua-dua kesan ini menyumbang kepada penyelewengan parameter pancaran laser, tetapi – jika anda memilih kekuatan semasa yang betul – bersama-sama gangguan ini dikompensasi! Rasuk itu kembali menjadi seperti tanpa sebarang gangguan haba.

Penulis yakin bahawa skim pampasan yang dibangunkan oleh mereka agak stabil: ia membolehkan parameter rasuk disimpan dalam fluktuasi kecil selagi perlu. Walau bagaimanapun, pengesan masa depan perlu menghapuskan turun naik ini. Dalam masa terdekat, ia dirancang untuk memasang sistem penjejakan rasuk tambahan, yang akan membolehkan "menggilap" teknologi maju.

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: