Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
GEO600
2015 GEO 600.jpg
Местоположение (а)Зарштедт , Хильдесхайм , Нижняя Саксония , Германия
Координаты52 ° 14′49 ″ N 9 ° 48′30 ″ E / 52,2469 ° с. Ш. 9,8083 ° в. / 52.2469; 9,8083 Координаты: 52 ° 14′49 ″ N 9 ° 48′30 ″ E  / 52,2469 ° с. Ш. 9,8083 ° в. / 52.2469; 9,8083 Отредактируйте это в Викиданных
ОрганизацияНаучное сотрудничество LIGO Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны43 км (7,0 кГц) –10 000 км (30 Гц)
ПостроеноСентябрь 1995 г. - ( Сентябрь 1995– ) Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопагравитационно-волновая обсерватория
интерферометр Майкельсона Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр600 м (1968 футов 6 дюймов) Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайтwww .geo600 .org Отредактируйте это в Викиданных
GEO600 находится в Германии.
GEO600
Расположение GEO600
Страница общих ресурсов Связанные СМИ на Викискладе?
[ редактировать в Викиданных ]

GEO600 - это детектор гравитационных волн, расположенный недалеко от Зарштедта к югу от Ганновера , Германия. Он разработан и управляется учеными из Института Макса Планка гравитационной физики , Институт Макса Планка квантовой оптики и Лейбница Universität Hannover , наряду с университетом Глазго , Университет Бирмингема и Университета Кардиффа в Соединенном Королевстве, и финансируется Фондом Общество Макса Планка и Совет по науке и технологиям (STFC). GEO600 является частью всемирной сети детекторов гравитационных волн.[1] Этот прибор и его сестринские интерферометрические детекторы, когда они работают, являются одними из самых чувствительных детекторов гравитационных волн из когда-либо созданных. Они предназначены для обнаружения относительных изменений расстояния порядка 10 −21 , что составляет размер одного атома по сравнению с расстоянием от Солнца до Земли. GEO600 способен обнаруживать гравитационные волны в диапазоне частот от 50 Гц до 1,5 кГц. [2] Строительство проекта началось в 1995 году. [3]

История [ править ]

В 1970-х годах две группы в Европе, одна во главе с Хайнцем Биллингом в Германии и одна во главе с Рональдом Древером в Великобритании [4], инициировали исследования по обнаружению лазерно-интерферометрических гравитационных волн. В 1975 году Институт астрофизики Макса Планка в Мюнхене начал работу с прототипа с длиной руки 3 м, который позже (1983 г.) в Институте квантовой оптики Макса Планка (MPQ) в Гархинге привел к созданию прототипа с длиной руки 30 м. В 1977 году факультет физики и астрономии Университета Глазго начал аналогичные исследования, а в 1980 году начал эксплуатацию 10-метрового прототипа. [5] [6]

В 1985 году группа Гархинга предложила построить большой детектор с длиной руки 3 км (2 мили), британская группа - аналогичный проект в 1986 году. Две группы объединили свои усилия в 1989 году - родился проект GEO с горами Гарц ( Северная Германия) считается идеальным местом. Однако проект не получил финансирования из-за финансовых проблем. Так, в 1994 г. был предложен детектор меньшего размера: GEO600, который будет построен в низинах недалеко от Ганновера, с рукавами длиной 600 м. Строительство этого британо-немецкого детектора гравитационных волн началось в сентябре 1995 года. [6] [7]

В 2001 году Институт гравитационной физики Макса Планка (Albert Einstein Institute, AEI) в Потсдаме взял на себя ганноверский филиал MPQ, а с 2002 года детектором управляет совместный Центр гравитационной физики AEI и Университета Лейбница в Ганновере вместе с университеты Глазго и Кардиффа. С 2002 г. GEO600 участвовал в нескольких сеансах сбора данных по совпадению с детекторами LIGO. [6] В 2006 году GEO600 достиг проектной чувствительности, но до сих пор сигнал не обнаружен. Следующая цель - снизить остаточный шум еще примерно в 10 раз до 2016 года. [8] [9]

Оборудование [ править ]

GEO600 - интерферометр Майкельсона . Он состоит из двух плеч длиной 600 метров, через которые лазерный луч проходит дважды, так что эффективная длина оптического плеча составляет 1200 метров. Основные оптические компоненты расположены в системе сверхвысокого вакуума. Давление находится в диапазоне 10-8 мбар. [2]

Подвески и сейсмическая изоляция [ править ]

Для точных измерений оптика должна быть изолирована от колебаний земли и других воздействий окружающей среды. По этой причине все наземные детекторы интерферометрических гравитационных волн подвешивают свои зеркала в виде многоступенчатых маятников. Для частот выше резонансной частоты маятника маятники обеспечивают хорошую изоляцию от вибраций. Вся основная оптика GEO600 подвешена в виде тройных маятников, чтобы изолировать зеркала от вибраций в горизонтальной плоскости. Верхняя и промежуточная массы подвешены на консольных пружинах, которые обеспечивают изоляцию от вертикального перемещения. На самой верхней массе расположены шесть приводов с катушечными магнитами, которые используются для активного гашения маятников. [10]Кроме того, вся клетка подвески установлена ​​на пьезокристаллах. Кристаллы используются для «активной системы сейсмической изоляции». Он перемещает всю подвеску в направлении, противоположном движению земли, так что движение земли отменяется. [11]

Оптика [ править ]

Основные зеркала GEO600 представляют собой цилиндры из плавленого кварца диаметром 18 см и высотой 10 см. Делитель луча (диаметром 26 см и толщиной 8 см) является единственным пропускающим элементом оптики в тракте высокой мощности, поэтому он был изготовлен из плавленого кварца особого качества. Его абсорбция составляет менее 0,25 частей на миллион / см. [12]

Расширенный [ править ]

GEO600 использует множество передовых технологий и оборудования, которые планируется использовать в следующем поколении наземных детекторов гравитационных волн:

  • Монолитные подвесы: зеркала подвешены в виде маятников. В то время как для вторичных зеркал используется стальная проволока, главные зеркала GEO подвешены на так называемых «монолитных» подвесках. Это означает, что провода сделаны из того же материала, что и зеркало: плавленого кварца. Причина в том, что у плавленого кварца меньше механических потерь, а потери приводят к шуму. [13]
  • Электростатические приводы: необходимы приводы для удержания зеркал в их положении и их выравнивания. Для этого на вторичные зеркала GEO600 наклеены магниты. Затем их можно перемещать катушками. Поскольку приклеивание магнитов к зеркалам увеличивает механические потери, в основных зеркалах GEO600 используются электростатические приводы (ESD). ЭСР представляют собой гребенчатую структуру электродов на задней стороне зеркала. Если на электроды подается напряжение, они создают неоднородное электрическое поле. Зеркало почувствует силу в этом поле.
  • Система срабатывания теплового зеркала: У дальнего восточного зеркала находится система обогревателей. При нагревании в зеркале появится тепловой градиент, а радиус кривизны зеркала изменится из-за теплового расширения. Нагреватели позволяют осуществлять тепловую настройку радиуса кривизны зеркала. [14]
  • Повторное использование сигнала: дополнительное зеркало на выходе интерферометра образует резонансную полость вместе с торцевыми зеркалами и, таким образом, увеличивает потенциальный сигнал.
  • Обнаружение гомодинности (также называемое «считывание постоянного тока») [15]
  • Очиститель выходного режима (OMC): дополнительный резонатор на выходе интерферометра перед фотодиодом. Его цель - отфильтровать свет, который потенциально не несет сигнал гравитационной волны. [16]
  • Сжатие : сжатый вакуум вводится в темное отверстие светоделителя. Использование сжатия может улучшить чувствительность GEO600 выше 700 Гц в 1,5 раза. [17]

Еще одно отличие от других проектов состоит в том, что GEO600 не имеет полостей для рук.

Чувствительность и измерения [ править ]

Чувствительность к деформации гравитационной волны обычно измеряется амплитудной спектральной плотностью (ASD). Пиковая чувствительность GEO600 в этом устройстве составляет 2 × 10 −22 1 / √ Гц при 600 Гц. [18] На высоких частотах чувствительность ограничена доступной мощностью лазера. В области низких частот чувствительность GEO600 ограничена сейсмическими колебаниями грунта.

Совместное научное исследование с LIGO [ править ]

В ноябре 2005 года было объявлено, что инструменты LIGO и GEO начали расширенный совместный научный цикл . [19] Три инструмента (инструменты LIGO расположены недалеко от Ливингстона , штат Луизиана, и на участке Хэнфорд , штат Вашингтон, США) собирали данные более года с перерывами на настройку и обновление. Это был пятый научный запуск GEO600. Во время предыдущих прогонов сигналов не обнаружено.

О первом наблюдении гравитационных волн 14 сентября 2015 года было объявлено коллаборациями интерферометров LIGO и Virgo 11 февраля 2016 года. [20] [21] Однако интерферометр Virgo в Италии в то время не работал, а GEO600 находился в разработке. режим и недостаточно чувствителен, и поэтому не может подтвердить сигнал. [21] [22] GEO600 начал сбор данных одновременно с Advanced LIGO 18 сентября 2015 г. [22]

Заявления о голографических свойствах пространства-времени [ править ]

15 января 2009 года в New Scientist сообщалось, что некоторые еще не идентифицированные шумы, которые присутствовали в измерениях детектора GEO600, могли быть вызваны тем, что инструмент чувствителен к чрезвычайно небольшим квантовым флуктуациям пространства-времени, влияющим на положение частей детектора. [23] Это утверждение было сделано Крейгом Хоганом , ученым из Фермилаба , на основе его собственной теории о том, как должны происходить такие флуктуации, мотивированные голографическим принципом . [24]

В статье New Scientist говорится, что Хоган отправил свое предсказание «голографического шума» в коллаборацию GEO600 в июне 2008 года и впоследствии получил график избыточного шума, который «выглядел точно так же, как мое предсказание». Однако до того времени Хоган знал, что эксперимент обнаружил избыточный шум. В статье Хогана, опубликованной в Physical Review D в мае 2008 г., говорится: «Приблизительное совпадение предсказанного голографического шума с иным необъяснимым шумом в GEO600 побуждает к дальнейшим исследованиям». [25] Хоган цитирует доклад 2007 года из коллаборации GEO600, в котором уже упоминается «загадочный шум средней полосы» и где нанесены спектры шума. [26]Аналогичное замечание было сделано («В области между 100 Гц и 500 Гц обнаружено несоответствие между некоррелированной суммой всех проекций шума и фактической наблюдаемой чувствительностью») в документе GEO600, представленном в октябре 2007 г. и опубликованном в мае 2008 г. [27]

Детекторы гравитационных волн очень часто обнаруживают избыточный шум, который впоследствии устраняется. По словам Карстена Данцманна, главного исследователя GEO600, «повседневная работа по повышению чувствительности этих экспериментов всегда вызывает некоторый избыточный шум (...). Мы работаем, чтобы определить его причину, избавиться от нее и устранить следующий источник шума. лишний шум ". [23] Кроме того, некоторые новые оценки уровня голографического шума в интерферометрии показывают, что он должен быть намного меньше по величине, чем утверждал Хоган. [28]

Data / Einstein @ home [ править ]

Регистрируется не только выходной сигнал основного фотодиода, но также выходной сигнал ряда дополнительных датчиков, например, фотодиодов, измеряющих вспомогательные лазерные лучи, микрофоны, сейсмометры, акселерометры, магнитометры и характеристики всех цепей управления. Эти вторичные датчики важны для диагностики и обнаружения влияния окружающей среды на выходной сигнал интерферометра. Поток данных частично анализируется проектом распределенных вычислений Einstein @ home - программным обеспечением, которое волонтеры могут запускать на своих компьютерах.

С сентября 2011 года детекторы VIRGO и LIGO были остановлены на модернизацию, в результате чего GEO600 стал единственным действующим крупномасштабным лазерным интерферометром для поиска гравитационных волн. [29] Впоследствии, в сентябре 2015 года, усовершенствованные детекторы LIGO были подключены и использовались в первом сеансе наблюдений «O1» с чувствительностью, примерно в 4 раза большей, чем исходный LIGO, для некоторых классов источников (например, двойных нейтронных звезд). и гораздо более высокая чувствительность для более крупных систем с их пиковым излучением на более низких звуковых частотах. [30] Эти передовые детекторы LIGO были разработаны в рамках научного сотрудничества LIGO с Габриэлой Гонсалес.в качестве официального представителя. К 2019 году чувствительность новых передовых детекторов LIGO должна быть как минимум в 10 раз выше, чем у оригинальных детекторов LIGO.

См. Также [ править ]

  • Гравитационное излучение
  • Гравитационно-волновая астрономия и первое наблюдение гравитационных волн : GW150914 , GW151226 , GW170104
  • Фермилаб Холометр
  • INDIGO , планируемый гравитационный интерферометрический детектор в Индии
  • eLISA , космический детектор гравитационных волн ЕКА
  • VIRGO , европейский гравитационный интерферометрический детектор
  • ТАМА 300 , японский гравитационный интерферометрический детектор

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Брошюра GEO600" (PDF) . GEO600.org . Проверено 21 февраля +2016 .
  2. ^ a b «Технические характеристики GEO600» . uni-hannover.de . Проверено 21 февраля +2016 .
  3. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2009-09-25 . Проверено 4 января 2009 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  4. ^ "Краткая история LIGO" (PDF) . ligo.caltech.edu. Архивировано 3 июля 2017 года из оригинального (PDF) . Проверено 21 февраля +2016 .
  5. ^ Джим Хаф; Шейла Роуэн (2005). «Лазерная интерферометрия для обнаружения гравитационных волн» (PDF) . Журнал оптики A: Чистая и прикладная оптика . 7 (6): S257 – S264. Bibcode : 2005JOptA ... 7S.257H . DOI : 10.1088 / 1464-4258 / 7/6/001 .
  6. ^ a b c «Отслеживание нежной дрожи» . Гельмут Хорнунг . Max-Planck-Gesellschaft . 2016 . Проверено 22 февраля +2016 .
  7. ^ «GEO600: История и цель» . uni-hannover.de . Проверено 21 февраля +2016 .
  8. ^ Lück, H. & Грот, H. (2012). «GE600». Усовершенствованный детектор гравитационных волн . Издательство Кембриджского университета. С. 155–168. ISBN 9780521874298.
  9. ^ "История GEO600" . GEO600.org . Проверено 21 февраля +2016 .
  10. ^ Госслер, Стефан; и другие. (2002). «Система очистки мод и аспекты подвески GEO600» . Учебный класс. Квантовая гравитация . 19 (7): 1835–1842. Bibcode : 2002CQGra..19.1835G . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 19/7/382 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0013-53B6-D .
  11. ^ Плисси, МВ; и другие. (2000). «Система тройного маятникового подвеса GEO600: Сейсмическая изоляция и контроль». Rev. Sci. Instrum . 71 (6): 2539–2545. Bibcode : 2000RScI ... 71.2539P . DOI : 10.1063 / 1.1150645 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0012-CB66-5 .
  12. ^ Хильд, Стефан; и другие. (2006). «Измерение образца плавленого кремнезема с низким поглощением» . Прикладная оптика . 45 (28): 7269–72. Bibcode : 2006ApOpt..45.7269H . DOI : 10,1364 / AO.45.007269 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0013-4C28-4 . PMID 16983413 . 
  13. ^ "GEO600.org" . Веб-страница GEO600 . Проверено 21 декабря 2015 года .
  14. ^ Люк, H; и другие. (2004). «Термокоррекция радиусов кривизны зеркал для GEO600» . Учебный класс. Квантовая гравитация . 21 (5): S985 – S989. Bibcode : 2004CQGra..21S.985L . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 21/5/090 . hdl : 11858 / 00-001M-0000-0013-5129-E .
  15. ^ Хильд, Стефан; и другие. (2009). «DC-считывание детектора гравитационных волн с рециркулированным сигналом». Учебный класс. Квантовая гравитация . 26 (5): 055012. arXiv : 0811.3242 . Bibcode : 2009CQGra..26e5012H . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 26/5/055012 . S2CID 17485217 . 
  16. ^ Приатель, Миро; и другие. (2012). «Очиститель выходного режима GEO600». Учебный класс. Квантовая гравитация . 29 (5): 055009. Bibcode : 2012CQGra..29e5009P . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 29/5/055009 .
  17. ^ Научное сотрудничество LIGO (2011). «Обсерватория гравитационных волн, работающая за пределами квантового дробового шума». Физика природы . 7 (12): 962–965. arXiv : 1109.2295 . Bibcode : 2011NatPh ... 7..962L . DOI : 10.1038 / nphys2083 .
  18. ^ "Чувствительность GEO600" . Архивировано из оригинала на 2013-07-26 . Проверено 17 мая 2013 .
  19. ^ Двухгодичные отчеты 2004/05 Институт Макса Планка гравитационной физики (PDF) . aei.mpg.de. 2005. с. 37 . Проверено 21 февраля +2016 .
  20. ^ Эбботт, Бенджамин П .; и другие. (Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo) (2016). "Наблюдение за гравитационными волнами от двойного слияния черных дыр". Phys. Rev. Lett. 116 (6): 061102. arXiv : 1602.03837 . Bibcode : 2016PhRvL.116f1102A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.116.061102 . PMID 26918975 . S2CID 124959784 . Текстовое резюме (PDF) .   
  21. ^ a b Кастельвекки, Давиде; Витце, Александра (11 февраля 2016 г.). «Наконец-то нашли гравитационные волны Эйнштейна» . Новости природы . DOI : 10.1038 / nature.2016.19361 . S2CID 182916902 . Проверено 11 февраля +2016 . 
  22. ^ a b GEO600: Усовершенствованные детекторы LIGO начинают первый цикл наблюдений .
  23. ^ a b New Scientist - Наш мир может быть гигантской голограммой
  24. ^ Хоган, Крейг Дж .; Марк Дж. Джексон (июнь 2009 г.). «Голографическая геометрия и шум в теории матриц». Phys. Rev. D . 79 (12): 124009. arXiv : 0812.1285 . Bibcode : 2009PhRvD..79l4009H . DOI : 10.1103 / PhysRevD.79.124009 . S2CID 15035175 . 
  25. Перейти ↑ Hogan, Craig J. (2008). «Измерение квантовых флуктуаций в геометрии». Phys. Rev. D . 77 (10): 104031. arXiv : 0712.3419 . Bibcode : 2008PhRvD..77j4031H . DOI : 10.1103 / PhysRevD.77.104031 . S2CID 119087922 . 
  26. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 21 июля 2011 года . Проверено 2 марта 2009 . CS1 maint: archived copy as title (link) Выступление К. Стрейна «Статус GEO600»
  27. ^ http://www.iop.org/EJ/abstract/0264-9381/25/11/114043 Статья GEO600 с упоминанием необъяснимого шума в 2007 г.
  28. ↑ Смольянинов, Игорь I. (апрель 2009 г.). «Уровень голографического шума в интерферометрии». Phys. Rev. D . 78 (8): 087503. arXiv : 0903.4129 . Bibcode : 2009PhRvD..79h7503S . DOI : 10.1103 / PhysRevD.79.087503 . S2CID 119114750 . 
  29. ^ "Дорожная карта GWIC стр.65" (PDF) . Проверено 17 мая 2013 .
  30. ^ Ääsi, J (9 апреля 2015 г.). «Продвинутый LIGO». Классическая и квантовая гравитация . 32 (7): 074001. arXiv : 1411.4547 . Bibcode : 2015CQGra..32g4001L . DOI : 10.1088 / 0264-9381 / 32/7/074001 . S2CID 118570458 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Домашняя страница GEO600 , официальный сайт проекта GEO600.
  • Cardiff Gravity Group , страница с описанием исследований в Кардиффском университете в Уэльсе , включая сотрудничество в проекте GEO 600, включает отличный список руководств по излучению гравитационных волн.
  • Амос, Джонатан. Наука ездить на гравитационных волнах . 8 ноября 2005 г. BBC News .
  • Журнал LIGO издается два раза в год LIGO Scientific Collaboration и содержит подробные сведения о последних исследованиях, новостях и личностях различных групп участников. Он доступен в формате pdf для бесплатной загрузки с этого веб-сайта.