Detector de unde gravitaționale

Un detector de unde gravitaționale ( telescopul undelor gravitaționale ) este un dispozitiv tehnic conceput pentru a detecta undele gravitaționale . Conform relativității generale , undele gravitaționale generate, de exemplu, ca urmare a fuziunii a două găuri negre undeva în univers, provoacă o schimbare periodică extrem de slabă a distanțelor dintre particulele de testat datorită fluctuațiilor spațiu-timp în sine. Aceste vibrații ale corpurilor de testare sunt înregistrate de detector. În plus, astfel de detectoare sunt capabile să măsoare perturbații gravitaționale de natură geofizică [1] . Deci , de exemplu , modulații cuperiodicitate siderale [1] .

Antena gravitațională

Cele mai comune sunt două tipuri de detectoare de unde gravitaționale. Unul dintre tipuri, implementat pentru prima dată de Joseph Weber ( Universitatea din Maryland ) în 1967, este o antenă gravitațională  - de regulă, este un semifabricat masiv de metal răcit la o temperatură scăzută. Dimensiunile detectorului se schimbă atunci când o undă gravitațională cade pe acesta, iar dacă frecvența undei coincide cu frecvența de rezonanță a antenei, amplitudinea oscilațiilor antenei poate deveni atât de mare încât oscilațiile pot fi detectate. În experimentul de pionierat al lui Weber, antena era un cilindru de aluminiu de 2 m lungime și 1 m diametru, suspendat pe fire de oțel; frecvența de rezonanță a antenei a fost de 1660 Hz, sensibilitatea la amplitudine a piezosenzorilor a fost de 10 −16 m. Weber a folosit doi detectoare de coincidență și a raportat detectarea unui semnal a cărui sursă era cel mai probabil centrul Galaxiei. Cu toate acestea, experimentele independente nu au confirmat observațiile lui Weber. Dintre detectoarele care funcționează în prezent, antena sferică MiniGRAIL ( Universitatea Leiden , Olanda), precum și antenele ALLEGRO , AURIGA , EXPLORER și NAUTILUS funcționează pe acest principiu .

interferometru laser

Un alt tip de experiment de detectare a undelor gravitaționale măsoară modificarea distanței dintre două mase de testare folosind un interferometru laser Michelson . Utilizarea interferometrului Michelson pentru detectarea directă a undelor gravitaționale a fost propusă pentru prima dată în 1962 de către fizicienii sovietici M. E. Gertsenshtein și V. I. Pustovoit [2] , dar această lucrare a trecut neobservată, iar această idee a fost prezentată pentru a doua oară de către fizicienii americani în începutul anilor 1970.

Dispozitivul detectorului interferometric este următorul: oglinzile sunt suspendate în două camere de vid lungi (de câteva sute de metri sau chiar de kilometri) perpendiculare una pe cealaltă. Lumina coerentă, cum ar fi un fascicul laser, se împarte, călătorește prin ambele camere, sare în oglinzi, se întoarce și se recombină. În starea „calmă”, lungimile sunt alese astfel încât aceste două fascicule, după recombinarea într-o oglindă semitransparentă, să se anuleze reciproc (interferă distructiv), iar iluminarea fotodetectorului se dovedește a fi zero. Dar deplasarea uneia dintre oglinzi la o distanță microscopică (~ 10 −16 cm , care este cu 11 ordine de mărime mai mică decât lungimea de undă a luminii și se ridică la miimi din dimensiunea nucleului atomic) duce la faptul că compensarea a celor două fascicule este încălcat și fotodetectorul captează lumina.

În prezent, telescoapele gravitaționale de acest tip funcționează sau sunt în construcție în cadrul proiectului SUA-Australian LIGO (cel mai sensibil), germano-englez GEO600 , franco-italian VIRGO și japoneză KAGRA (LCGT):

Datele de măsurare ale detectorilor LIGO și GEO600 sunt procesate folosind proiectul Einstein@Home (calculatură distribuită pe mii de computere personale).

Alte tipuri de detectoare

Tipurile de detectoare descrise mai sus sunt sensibile la undele gravitaționale de joasă frecvență (până la 10 kHz). Un semnal de frecvență și mai scăzută (10 −2 −10 −3 Hz), care corespunde surselor periodice de unde gravitaționale, cum ar fi binare apropiate, ar fi putut fi detectat [3] folosind o metodă bazată pe efectul rezonanței parametrice optic-metrice [4] ] . Experimentul folosește observații ale surselor radio cosmice ( masere ) cu un radiotelescop convențional . Versiunile de înaltă frecvență ale detectoarelor de unde gravitaționale sunt, de asemenea, dezvoltate, de exemplu, pe baza deplasării reciproce a frecvenței a două oscilatoare distanțate sau pe rotația planului de polarizare a unui fascicul de microunde care circulă într-un ghid de undă buclă .

S-a înaintat o ipoteză asupra posibilității procesului de detectare a undelor gravitaționale de înaltă frecvență de către un mediu dielectric condensat prin conversia radiației gravitaționale în radiații electromagnetice [5]

S-a înaintat o ipoteză cu privire la posibilitatea de a detecta radiația gravitațională de joasă frecvență prin utilizarea unor blocuri din scoarța terestră cu dimensiuni de 5-7 * 10 6 cm ca antene gravitaționale. [6]

•  EGO - Observatorul European de Gravitate
•  Telescopul CLOVER
• MiniGRAIL  este un detector de unde gravitaționale de la Universitatea din Leiden (Olanda).
• Experimentul LISA este în curs de dezvoltare , în care un interferometru laser va fi amplasat în spațiu, cu o lungime a umărului de 2,5 milioane km și o sensibilitate la o schimbare a masei de testare de 20 pm.
• Universitatea Zhongshan din China a anunțat (2016) lansarea proiectului Taiji pentru studierea undelor gravitaționale [7] [8] .

Vezi și

• Antenă gravitațională
• Einstein@Home  este un proiect de calcul distribuit pentru căutarea undelor gravitaționale.
• PSR B1913 + 16  este un sistem binar - un pulsar , al cărui studiu a dat prima confirmare indirectă a existenței undelor gravitaționale.
• PSR J0737-3039  este un sistem binar de pulsari, al cărui studiu a oferit o confirmare indirectă semnificativă a existenței undelor gravitaționale.

Note

1. ↑ 1 2 ZhETF, 2014, volumul 146, numărul 4 (10), p. 779-793 . Data accesului: 19 februarie 2016. Arhivat din original pe 11 martie 2016. (nedefinit)
2. ↑ ZhETF, 43, 605, 1962, vezi și Fizica sovietică JETP, v.16, No. 2, 433, 1963.
3. ↑ Siparov S. V. , Samodurov V. A. Izolarea componentei de radiație a unui maser spațial care rezultă din acțiunea undelor gravitaționale Copie de arhivă din 29 octombrie 2013 la Wayback Machine // Computer Optics No. 33 (1), 2009, p. 79.
4. ↑ Siparov S. V. Un atom cu două niveluri în câmpul unei unde gravitaționale - despre posibilitatea rezonanței parametrice Arhivat 24 februarie 2015 la Wayback Machine // Astronomy & Astrophysics, No. 416, 2004, p. 815-824)   (engleză)
5. ↑ Gorelik V. S., Gladyshev V. O., Kauts V. L. Despre generarea și detectarea undelor gravitaționale de înaltă frecvență în mediile dielectrice atunci când sunt excitate de radiații optice Copie de arhivă din 30 mai 2019 la Wayback Machine // Comunicații scurte despre fizica fizicii Instituiți-le. P.N. Lebedev al Academiei Ruse de Științe .2018. T. 45. Nr 2. S. 10-21.
6. ↑ Braginsky V. B. , Mitrofanov V. P. , Yakimov V. N. Despre metodele de căutare a undelor gravitaționale de joasă frecvență // Probleme ale teoriei gravitației și a particulelor elementare. Numărul 17. - M., Energoatomizdat, 1986. - p. 6-8
7. ↑ Universitatea Zhongshan din China a anunțat lansarea unui proiect de studiere a undelor gravitaționale Copie de arhivă din 23 februarie 2016 la Wayback Machine // People's Daily, 15.02.2016
8. ↑ China începe construcția unui proiect de studiere a undelor gravitaționale Copie de arhivă din 22 martie 2016 la Wayback Machine // RIA, martie 2016

Link -uri

• Proiect LIGO Arhivat 26 ianuarie 2018 la Wayback Machine
• Proiectul GEO600 Arhivat 6 aprilie 2016 la Wayback Machine
• Proiect IGEC Arhivat 29 noiembrie 2012 la Wayback Machine
• Caută unde gravitaționale
• Recenzie populară pentru începutul anului 2007
• Proiectul Dulkyn Arhivat pe 17 decembrie 2014 la Wayback Machine