Detektor gravitačních vln

Detektor gravitačních vln ( teleskop gravitačních vln ) je technické zařízení určené k detekci gravitačních vln . Podle obecné teorie relativity způsobují gravitační vlny generované například v důsledku sloučení dvou černých děr někde ve vesmíru extrémně slabou periodickou změnu vzdáleností mezi testovacími částicemi v důsledku kolísání samotného časoprostoru. Tyto vibrace zkušebních těles zaznamenává detektor. Kromě toho jsou takové detektory schopny měřit gravitační poruchy geofyzikálního charakteru [1] . Takže například modulace s _siderická periodicita [1] .

Gravitační anténa

Nejběžnější jsou dva typy detektorů gravitačních vln. Jedním z typů, který poprvé implementoval Joseph Weber ( University of Maryland ) v roce 1967, je gravitační anténa  - zpravidla se jedná o masivní kovový polotovar chlazený na nízkou teplotu. Rozměry detektoru se mění, když na něj dopadá gravitační vlna, a pokud se frekvence vlny shoduje s rezonanční frekvencí antény, může se amplituda kmitů antény natolik zvětšit, že lze kmity detekovat. Ve Weberově průkopnickém experimentu byl anténou hliníkový válec 2 m dlouhý a 1 m v průměru, zavěšený na ocelových drátech; rezonanční frekvence antény byla 1660 Hz, amplitudová citlivost piezosenzorů byla 10 −16 m. Weber použil dva koincidenční detektory a hlásil detekci signálu, jehož zdrojem byl nejspíš střed Galaxie. Nezávislé experimenty však Weberova pozorování nepotvrdily. Z aktuálně provozovaných detektorů na tomto principu pracuje sférická anténa MiniGRAIL ( Leiden University , Holandsko), dále antény ALLEGRO , AURIGA , EXPLORER a NAUTILUS .

Laserový interferometr

Jiný typ experimentu detekce gravitačních vln měří změnu vzdálenosti mezi dvěma testovacími hmotami pomocí Michelsonova laserového interferometru . Využití Michelsonova interferometru pro přímou detekci gravitačních vln poprvé navrhli v roce 1962 sovětští fyzikové M. E. Gertsenshtein a V. I. Pustovoit [2] , ale tato práce zůstala nepovšimnuta a tuto myšlenku prosadili již podruhé američtí fyzikové v r. začátek 70. let 20. století.

Zařízení interferometrického detektoru je následující: zrcadla jsou zavěšena ve dvou na sebe kolmých dlouhých (několik set metrů nebo i kilometrů dlouhých) vakuových komorách. Koherentní světlo, jako je laserový paprsek, se rozděluje, prochází oběma kamerami, odráží se od zrcadel, vrací se a rekombinuje. V „klidném“ stavu jsou délky voleny tak, aby se tyto dva paprsky po rekombinaci v polopropustném zrcadle vzájemně vyrušily (destruktivně interferovaly) a osvětlení fotodetektoru bylo nulové. Ale posunutí jednoho ze zrcadel o mikroskopickou vzdálenost (~ 10 −16 cm , což je o 11 řádů méně než vlnová délka světla a rovná se tisícinám velikosti atomového jádra) vede k tomu, že kompenzace ze dvou paprsků je narušen a fotodetektor zachycuje světlo.

V současné době jsou gravitační dalekohledy tohoto typu v provozu nebo ve výstavbě v rámci americko-australského projektu LIGO (nejcitlivější), německo-anglického GEO600 , francouzsko-italského VIRGO a japonského KAGRA (LCGT):

Naměřená data detektorů LIGO a GEO600 jsou zpracovávána pomocí projektu Einstein@Home (distribuované výpočty na tisících osobních počítačů).

Jiné typy detektorů

Výše popsané typy detektorů jsou citlivé na nízkofrekvenční gravitační vlny (do 10 kHz). Pomocí metody založené na efektu opticko-metrické parametrické rezonance mohl být detekován ještě nižší frekvenční signál (10 −2 −10 −3 Hz), odpovídající periodickým zdrojům gravitačních vln, jako jsou blízké dvojhvězdy [ 3] . ] . Experiment využívá pozorování kosmických rádiových zdrojů ( maserů ) konvenčním radioteleskopem . Vyvíjejí se také vysokofrekvenční verze detektorů gravitačních vln, například založené na vzájemném frekvenčním posunu dvou odsazených oscilátorů nebo na rotaci roviny polarizace mikrovlnného paprsku cirkulujícího ve smyčkovém vlnovodu .

Byla vyslovena hypotéza o možnosti procesu detekce vysokofrekvenčních gravitačních vln kondenzovaným dielektrickým prostředím přeměnou gravitačního záření na elektromagnetické [5].

Byla vyslovena hypotéza o možnosti detekce nízkofrekvenčního gravitačního záření pomocí bloků zemské kůry o rozměrech 5-7 * 10 6 cm jako gravitačních antén [6] .

•  EGO - European Gravity Observatory
•  Dalekohled CLOVER
• MiniGRAIL  je detektor gravitačních vln na univerzitě v Leidenu (Nizozemsko).
• Vyvíjí se experiment LISA , ve kterém bude ve vesmíru umístěn laserový interferometr s délkou ramene 2,5 milionu km a citlivostí na testovací posun hmoty 20 pm.
• Čínská univerzita Zhongshan oznámila (2016) zahájení projektu Taiji na studium gravitačních vln [7] [8] .

Viz také

• Gravitační anténa
• Einstein@Home  je distribuovaný výpočetní projekt pro hledání gravitačních vln.
• PSR B1913 + 16  je binární systém - pulsar , jehož studie poskytla první nepřímé potvrzení existence gravitačních vln.
• PSR J0737-3039  je binární systém pulsarů, jehož studie poskytla závažné nepřímé potvrzení existence gravitačních vln.

Poznámky

1. ↑ 1 2 ZhETF, 2014, ročník 146, vydání 4 (10), s. 779-793 . Datum přístupu: 19. února 2016. Archivováno z originálu 11. března 2016. (neurčitý)
2. ↑ ZhETF, 43, 605, 1962, viz také Sovětská fyzika JETP, v.16, č. 2, 433, 1963.
3. ↑ Siparov S. V. , Samodurov V. A. Izolace složky záření vesmírného maseru vznikající působením gravitačních vln Archivní kopie ze dne 29. října 2013 na Wayback Machine // Computer Optics No. 33 (1), 2009, str. 79.
4. ↑ Siparov S. V. Dvouúrovňový atom v poli gravitační vlny - o možnosti parametrické rezonance Archivováno 24. února 2015 na Wayback Machine // Astronomy & Astrophysics, č. 416, 2004, str. 815-824)   (anglicky)
5. ↑ Gorelik V. S., Gladyshev V. O., Kauts V. L. O generování a detekci vysokofrekvenčních gravitačních vln v dielektrických médiích, když jsou excitovány optickým zářením Archivní kopie ze dne 30. května 2019 na Wayback Machine // Short Communications on Physics of the Physics Zaveďte je. P.N. Lebeděv z Ruské akademie věd 2018. T. 45. č. 2. S. 10-21.
6. ↑ Braginsky V. B. , Mitrofanov V. P. , Yakimov V. N. O metodách hledání nízkofrekvenčních gravitačních vln // Problémy teorie gravitace a elementárních částic. Číslo 17. - M., Energoatomizdat, 1986. - str. 6-8
7. ↑ Zhongshan University of China oznámila zahájení projektu na studium gravitačních vln Archivní kopie z 23. února 2016 na Wayback Machine // People's Daily, 02/15/2016
8. ↑ Čína zahajuje výstavbu projektu na studium gravitačních vln Archivní kopie z 22. března 2016 na Wayback Machine // RIA, březen 2016

Odkazy

• Projekt LIGO Archivováno 26. ledna 2018 na Wayback Machine
• Projekt GEO600 Archivováno 6. dubna 2016 na Wayback Machine
• Projekt IGEC Archivováno 29. listopadu 2012 na Wayback Machine
• Hledání gravitačních vln
• Populární recenze pro začátek roku 2007
• Projekt Dulkyn Archivován 17. prosince 2014 na Wayback Machine