Неуловимые гравитационные волны могут быть обнаружены при помощи настольного экспериментального устройства

IT новости на Учитель программирования Ру
Двое австралийских ученых из университета Западной Австралии (University of Western Australia), доктор Максим Горячев (Maxim Goryachev) и профессор Майкл Тобэр (Michael Tobar), создали настольную экспериментальную установку, сердцем которой является крошечный датчик, способный выполнить ту же самую работу, что и достаточно громоздкое оборудование более масштабных экспериментов, к примеру, эксперимента Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). А предназначен этот датчик и установка в целом для детектирования и измерения параметров гравитационных волн, которые, согласно общей теории относительности Эйнштейна, являются рябью пространственно-временного континуума, рожденной движением сверхмассивных космических объектов.

Резонансно-массовые датчики, используемые в экспериментах по обнаружению гравитационных волн, представляют собой прямоугольные металлические детали, весом около одной тонны. Такие размеры и масса обуславливают чувствительность этих датчиков в диапазоне нескольких килогерц. Однако, крошечные колебания, вызванные прохождением гравитационных волн в других диапазонах, невероятно сложно детектировать из-за высокого уровня тепловых шумом самого материала этих датчиков.

Доктор Горячев и профессор Тобэр обошли эту проблему, уйдя в более высокочастотную область работы измерительного устройства, в диапазон от 1 до 1000 Мгц. Работая при температуре, на 0.01 градуса выше точки абсолютного нуля, датчик новой установки работает в квантовом режиме, т.е. при максимально возможном низком уровне собственного теплового шума.

Датчиком является кварцевый диск, диаметром около 2.5 сантиметров, подвешенный на кварцевой подвеске и помещенный в вакуумную камеру. “Пролетающая” мимо гравитационная волна заставляет кварцевый диск вибрировать, создавая стоячие звуковые волны внутри материала диска, толщина которого равна 2 миллиметрам.

Верхняя поверхность кварцевого диска имеет небольшой радиус изгиба. Этот изгиб выступает в роли ловушки для квантов звуковых колебаний, фононов. Скопление фононов в одном месте позволяет получить большее значение соотношения сигнал/шум. А электрический колебательный сигнал, выработанный кварцевым резонатором – диском, усиливается малошумящим квантовым усилителем Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), работающим за счет эффекта сверхпроводимости.

Изучив и научившись фильтровать все известные источники шумов и помех, ученые собираются достичь максимальной чувствительности их квантового датчика в диапазоне изменения гравитации на уровне 10^-22 от квадратного корня каждого герца частоты колебаний, значения которое собираются получить ученые нового эксперимента Advanced LIGO, который начнет работу в 2018 году. Advanced LIGO – это очередная модернизация двух американских датчиков LIGO, при помощи которых производится поиск гравитационных волн. Эти огромные датчики смогут обнаружить гравитационные колебания в диапазоне от 0.1 до 1000 Гц, которые создаются двойными нейтронными звездами или сталкивающимися черными дырами.

Источник


Поделиться ссылочкой: