ГЕО600
 | |
| Местоположение(а) | Зарштедт , Хильдесхайм , Нижняя Саксония , Германия |
|---|---|
| Координаты | 52 ° 14'49 "N 9 ° 48'30" E / 52,2469 ° N 9,8083 ° E |
| Организация | Научное сотрудничество LIGO  |
| Длина волны | 43 км (7,0 кГц)–10 000 км (30 Гц) |
| Построен | Сентябрь 1995– |
| Стиль телескопа | гравитационно-волновая обсерватория Интерферометр Майкельсона |
| Диаметр | 600 м (1968 футов 6 дюймов) |
| Веб-сайт | www |
  Расположение GEO600 | |
 Соответствующие СМИ на сайте Commons | |
GEO600 — это детектор гравитационных волн, расположенный недалеко от Зарштедта , города в 20 километрах (12 миль) к югу от Ганновера , Германия. Он разработан и эксплуатируется учеными из Института гравитационной физики Макса Планка , Института квантовой оптики Макса Планка и Ганноверского университета Лейбница , а также Университета Глазго , Бирмингемского университета и Кардиффского университета в Соединенном Королевстве и финансируется Общество Макса Планка и Совет по науке и технологиям (STFC).
GEO600 способен обнаруживать гравитационные волны в диапазоне частот от 50 Гц до 1,5 кГц. [1] и является частью всемирной сети детекторов гравитационных волн. [2] Этот прибор и его родственные интерферометрические детекторы, когда они работают, являются одними из самых чувствительных детекторов гравитационных волн, когда-либо созданных. Они предназначены для обнаружения относительных изменений расстояния порядка 10 −21 , примерно размером с один атом по сравнению с расстоянием от Солнца до Земли. Строительство проекта началось в 1995 году. [3]
В марте 2020 года пандемия COVID-19 вынудила приостановить работу других гравитационно-волновых обсерваторий, таких как LIGO и Virgo (а в апреле 2020 года – KAGRA ), но GEO600 продолжила работу. [4]
По состоянию на 2023 год [update], GEO600 активно занимается наблюдением гравитационных волн. [5]
История
[ редактировать ]В 1970-х годах две группы в Европе, одна под руководством Хайнца Биллинга в Германии, а другая под руководством Рональда Древера в Великобритании, [6] инициировал исследования по лазерно-интерферометрическому обнаружению гравитационных волн. В 1975 году Институт астрофизики Макса Планка в Мюнхене начал с создания прототипа с длиной руки 3 метра (9,8 футов), что привело к созданию прототипа с длиной руки 30 метров (98 футов) в Институте квантовой оптики Макса Планка (MPQ) в 1975 году. Гархингом в 1983 году. В 1977 году факультет физики и астрономии Университета Глазго начал аналогичные исследования, а в 1980 году начал эксплуатацию 10-метрового (33 фута) прототипа. [7] [8]
В 1985 году группа Гархинга предложила построить большой детектор с длиной руки 3 километра (2 мили), британская группа - аналогичный проект в 1986 году. В 1989 году две группы объединили свои усилия - родился проект GEO с Гарц. горами в северной Германии считается идеальным местом. Однако проект не был профинансирован из-за финансовых проблем. Таким образом, в 1994 году был предложен детектор меньшего размера: GEO600, который будет построен в низине недалеко от Ганновера, с плечами длиной 600 метров (2000 футов). Строительство британо-германского детектора гравитационных волн началось в сентябре 1995 года. [8] [9]
В 2001 году Институт гравитационной физики Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна, AEI) в Потсдаме взял на себя Ганноверское отделение MPQ, а с 2002 года детектор находится в ведении совместного Центра гравитационной физики AEI и Университета Лейбница в Ганновере вместе с университеты Глазго и Кардиффа. С 2002 года GEO600 участвовал в нескольких прогонах данных одновременно с детекторами LIGO. [8] В 2006 году GEO600 достиг проектной чувствительности, но до сих пор сигнал не был обнаружен. Следующая цель — снизить оставшийся шум еще примерно в 10 раз до 2016 года. [10] [11] [ нужно обновить ]
Аппаратное обеспечение
[ редактировать ]GEO600 — интерферометр Майкельсона . Он состоит из двух плеч длиной 600 метров (2000 футов), которые лазерный луч проходит дважды, так что эффективная длина оптического плеча составляет 1200 метров (3900 футов). Основные оптические компоненты расположены в системе сверхвысокого вакуума с давлением менее 10 −8 мбар. [1]
Подвески и сейсмоизоляция
[ редактировать ]Для точных измерений оптика должна быть изолирована от движения грунта и других воздействий окружающей среды. По этой причине все наземные интерферометрические детекторы гравитационных волн подвешивают свои зеркала в виде многоступенчатых маятников. На частотах 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. Самая верхняя и промежуточная массы подвешены на консольных пружинах, обеспечивающих изоляцию от вертикального перемещения. На самой верхней массе расположены шесть приводов с катушечными магнитами, которые используются для активного демпфирования маятников. [12] Кроме того, вся подвесная клетка установлена на пьезокристаллах. Кристаллы используются для «системы активной сейсмической изоляции». Он перемещает всю подвеску в направлении, противоположном движению грунта, так что движение грунта прекращается. [13]
Оптика
[ редактировать ]Главные зеркала GEO600 представляют собой цилиндры из плавленого кварца диаметром 18 сантиметров (7,1 дюйма) и высотой 10 сантиметров (3,9 дюйма).Светоделитель диаметром 26 см (10 дюймов) и толщиной 8 см (3,1 дюйма) является единственным пропускающим элементом оптики на пути высокой мощности, поэтому он был изготовлен из плавленого кварца специального сорта. Было измерено, что его поглощение составляет менее 0,25 частей на миллион на 1 сантиметр (0,39 дюйма). [14]
Передовой
[ редактировать ]GEO600 использует множество передовых технологий и оборудования, которые планируется использовать в следующем поколении наземных детекторов гравитационных волн:
- Монолитные подвесы: Зеркала подвешиваются по принципу маятника. В то время как для вторичных зеркал используется стальная проволока, главные зеркала GEO подвешены на так называемых «монолитных» подвесах. Это означает, что провода изготовлены из того же материала, что и зеркало: плавленого кварца. Причина в том, что у плавленого кварца меньше механических потерь, а потери приводят к появлению шума. [15]
- Электростатические приводы. Для удержания зеркал в нужном положении и их выравнивания необходимы приводы. Для этого к вторичным зеркалам GEO600 приклеены магниты. Затем их можно перемещать с помощью катушек. Поскольку приклеивание магнитов к зеркалам приведет к увеличению механических потерь, в основных зеркалах GEO600 используются электростатические приводы (ЭСД). 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 дальневосточного зеркала расположена система обогревателей. При нагреве в зеркале появится температурный градиент, а радиус кривизны зеркала изменится из-за теплового расширения. Нагреватели позволяют термически регулировать радиус кривизны зеркала. [16]
- Рециркуляция сигнала: дополнительное зеркало на выходе интерферометра вместе с торцевыми зеркалами образует резонансную полость и тем самым увеличивает потенциальный сигнал.
- Гомодинное обнаружение (также называемое «считыванием постоянного тока») [17]
- Очиститель режима вывода (OMC): дополнительный резонатор на выходе интерферометра перед фотодиодом. Его цель — отфильтровать свет, который потенциально не несет в себе сигнал гравитационной волны. [18]
- Сжатие : Сжатый вакуум вводится в темный порт светоделителя. Использование сжатия позволяет повысить чувствительность GEO600 выше 700 Гц в 1,5 раза. [19]
Еще одно отличие от других проектов заключается в том, что GEO600 не имеет полостей для рычагов.
Чувствительность и измерения
[ редактировать ]Чувствительность к деформации гравитационных волн обычно измеряется в амплитудной спектральной плотности (ASD). Пиковая чувствительность GEO600 в этом устройстве составляет 2×10. −22 1/ √ Гц при 600 Гц. [20] На высоких частотах чувствительность ограничена доступной мощностью лазера. На низких частотах чувствительность GEO600 ограничена сейсмическими движениями грунта.
Совместный научный проект с LIGO
[ редактировать ]В ноябре 2005 года было объявлено, что инструменты LIGO и GEO начали расширенную совместную научную работу . [21] Три прибора (приборы LIGO расположены недалеко от Ливингстона , штат Луизиана, и на территории Хэнфорда , штат Вашингтон, США) собирали данные более года с перерывами на настройку и обновления. Это был пятый научный запуск GEO600. При предыдущих запусках никаких сигналов обнаружено не было.
О первом наблюдении гравитационных волн 14 сентября 2015 года было объявлено коллаборацией интерферометров LIGO и Virgo 11 февраля 2016 года. [22] [23] Однако интерферометр Virgo в Италии в то время не работал, а GEO600 находился в инженерном режиме и недостаточно чувствителен, поэтому не мог подтвердить сигнал. [23] [24] GEO600 начал сбор данных одновременно с Advanced LIGO 18 сентября 2015 года. [24]
Заявления о голографических свойствах пространства-времени
[ редактировать ]сообщил, 15 января 2009 года журнал New Scientist что некоторый пока неопознанный шум, присутствующий в измерениях детектора GEO600, может быть вызван тем, что прибор чувствителен к чрезвычайно малым квантовым флуктуациям пространства-времени, влияющим на положение частей детектора. [25] Это утверждение было сделано Крейгом Хоганом , учёным из Фермилаба , на основании его собственной теории о том, как должны происходить такие флуктуации, мотивированной голографическим принципом . [26]
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 еще до этого Хоган знал, что в ходе эксперимента был обнаружен избыточный шум. В статье Хогана, опубликованной в журнале Physical Review D в мае 2008 года, говорится: [27]
приблизительное совпадение предсказанного голографического шума с необъяснимым шумом в GEO600 мотивирует дальнейшее исследование.
Хоган цитирует выступление группы GEO600 от 2007 года, в котором уже упоминается «таинственный» шум средней полосы и показаны спектры шума. [28] Аналогичное замечание было сделано в документе GEO600, представленном в октябре 2007 г. и опубликованном в мае 2008 г.: [29]
в области между 100 и 500 Гц обнаружено несоответствие между некоррелированной суммой всех проекций шума и реальной наблюдаемой чувствительностью.
Детекторы гравитационных волн очень часто обнаруживают избыточный шум, который впоследствии устраняется. По словам Карстена Данцмана, главного исследователя GEO600, [25]
повседневная работа по повышению чувствительности этих экспериментов всегда вызывает излишний шум [...]. Мы работаем над выявлением его причины, устранением ее и устранением следующего источника лишнего шума.
Кроме того, некоторые новые оценки уровня голографического шума в интерферометрии показывают, что он должен быть намного меньше по величине, чем утверждал Хоган. [30]
Данные и Эйнштейн@дома
[ редактировать ]Регистрируется не только выходной сигнал основного фотодиода, но и выходной сигнал ряда вторичных датчиков, например фотодиодов, измеряющих вспомогательные лазерные лучи, микрофонов, сейсмометров, акселерометров, магнитометров и работу всех цепей управления. Эти вторичные датчики важны для диагностики и обнаружения влияния окружающей среды на выходные данные 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 закрыты для модернизации, в результате чего GEO600 остался единственным работающим крупномасштабным лазерным интерферометром, ищущим гравитационные волны. [31] Впоследствии, в сентябре 2015 года, усовершенствованные детекторы LIGO были запущены в эксплуатацию и использовались в первом наблюдательном цикле «O1» с чувствительностью примерно в 4 раза большей, чем первоначальная LIGO, для некоторых классов источников (например, двойных нейтронных звезд), а также для многих классов источников. большая чувствительность для более крупных систем с пиковым излучением на более низких звуковых частотах. [32] Эти усовершенствованные детекторы LIGO были разработаны в рамках научного сотрудничества LIGO под руководством Габриэлы Гонсалес в качестве представителя. К 2019 году чувствительность новых усовершенствованных детекторов LIGO должна быть как минимум в 10 раз выше, чем у оригинальных детекторов LIGO. [ нужно обновить ]
См. также
[ редактировать ]- Гравитационное излучение
- Астрономия гравитационных волн и первое наблюдение гравитационных волн : GW150914 , GW151226 , GW170104.
- Фермилаб Голометр
- INDIGO , планируемый гравитационный интерферометрический детектор в Индии.
- eLISA — космический детектор гравитационных волн ЕКА.
- VIRGO , европейский гравитационный интерферометрический детектор
- TAMA 300 — японский гравитационный интерферометрический детектор.
- Программа Тайцзи в космосе , китайский космический детектор гравитационных волн.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «Технические характеристики GEO600» . uni-hannover.de . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ «Брошюра GEO600» (PDF) . GEO600.org. Архивировано из оригинала (PDF) 1 марта 2016 года . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ «История и назначение — GEO600» . Архивировано из оригинала 25 сентября 2009 года . Проверено 4 января 2009 г.
- ^ «Март 2020» .
- ^ «Детекторы гравитационных волн начинают следующий наблюдательный цикл, чтобы исследовать тайны Вселенной» . GEO600.org. 24 мая 2023 г. Проверено 14 августа 2023 г.
- ^ «Краткая история LIGO» (PDF) . ligo.caltech.edu. Архивировано из оригинала (PDF) 3 июля 2017 года . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ Джим Хаф; Шейла Роуэн (2005). «Лазерная интерферометрия для обнаружения гравитационных волн» (PDF) . Журнал оптики A: Чистая и прикладная оптика . 7 (6): С257–С264. Бибкод : 2005JOptA...7S.257H . дои : 10.1088/1464-4258/7/6/001 .
- ^ Jump up to: а б с «Выслеживая нежную дрожь» . Хельмут Хорнунг . Макс-Планк-Гезельшафт . 2016 . Проверено 22 февраля 2016 г.
- ^ «GEO600: История и назначение» . uni-hannover.de . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ Люк, Х. и Гроте, Х. (2012). «ГЕ600». Усовершенствованный детектор гравитационных волн . Издательство Кембриджского университета. стр. 155–168. ISBN 9780521874298 .
- ^ «История GEO600» . GEO600.org. Архивировано из оригинала 2 марта 2016 года . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ Госслер, Стефан; и др. (2002). «Система modecleaner и аспекты подвески GEO600» . Сорт. Квантовая гравитация . 19 (7): 1835–1842. Бибкод : 2002CQGra..19.1835G . дои : 10.1088/0264-9381/19/7/382 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-53B6-D . S2CID 250891892 .
- ^ Плисси, М.В.; и др. (2000). «Система тройного маятникового подвеса GEO600: сейсмическая изоляция и контроль». Преподобный учёный. Инструмент . 71 (6): 2539–2545. Бибкод : 2000RScI...71.2539P . дои : 10.1063/1.1150645 . hdl : 11858/00-001M-0000-0012-CB66-5 .
- ^ Хильд, Стефан; и др. (2006). «Измерение образца плавленого кварца с низким поглощением ОН» . Прикладная оптика . 45 (28): 7269–72. Бибкод : 2006ApOpt..45.7269H . дои : 10.1364/AO.45.007269 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-4C28-4 . ПМИД 16983413 .
- ^ «GEO600.org» . Веб-страница GEO600 . Проверено 21 декабря 2015 г.
- ^ Люк, Х; и др. (2004). «Термокоррекция радиусов кривизны зеркал для GEO600» . Сорт. Квантовая гравитация . 21 (5): С985–С989. Бибкод : 2004CQGra..21S.985L . дои : 10.1088/0264-9381/21/5/090 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-5129-E . S2CID 250885733 .
- ^ Хильд, Стефан; и др. (2009). «Считывание постоянного тока детектора гравитационных волн с рециркуляцией сигнала». Сорт. Квантовая гравитация . 26 (5): 055012. arXiv : 0811.3242 . Бибкод : 2009CQGra..26e5012H . дои : 10.1088/0264-9381/26/5/055012 . S2CID 17485217 .
- ^ Приятель, Миро; и др. (2012). «Очиститель режима вывода GEO600». Сорт. Квантовая гравитация . 29 (5): 055009. Бибкод : 2012CQGra..29e5009P . дои : 10.1088/0264-9381/29/5/055009 . HDL : 11858/00-001M-0000-000E-B049-5 . S2CID 110048546 .
- ^ Научное сотрудничество LIGO (2011). «Обсерватория гравитационных волн, работающая за пределами квантового дробового шума». Физика природы . 7 (12): 962–965. arXiv : 1109.2295 . Бибкод : 2011NatPh...7..962L . дои : 10.1038/nphys2083 . S2CID 209832912 .
- ^ «Чувствительность GEO600» . Архивировано из оригинала 26 июля 2013 года . Проверено 17 мая 2013 г.
- ^ Отчеты за двухгодичный период 2004/05 г. Институт гравитационной физики Макса Планка (PDF) . aei.mpg.de. 2005. с. 37 . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ Эбботт, Бенджамин П.; и др. (Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Virgo) (2016). «Наблюдение гравитационных волн в результате слияния двойных черных дыр». Физ. Преподобный Летт. 116 (6): 061102.arXiv : 1602.03837 . Бибкод : 2016PhRvL.116f1102A . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061102 . ПМИД 26918975 . S2CID 124959784 .
- «Наблюдение гравитационных волн в результате слияния двойных черных дыр» (PDF) . Научное сотрудничество ЛИГО .
- ^ Jump up to: а б Кастельвекки, Давиде; Витце, Александра (11 февраля 2016 г.). «Наконец-то найдены гравитационные волны Эйнштейна» . Новости природы . дои : 10.1038/nature.2016.19361 . S2CID 182916902 . Проверено 11 февраля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б GEO600: Усовершенствованные детекторы LIGO начинают первый цикл наблюдений. Архивировано 24 февраля 2016 г. на Wayback Machine .
- ^ Jump up to: а б Новый учёный: Наш мир может быть гигантской голограммой
- ^ Хоган, Крейг Дж.; Марк Дж. Джексон (июнь 2009 г.). «Голографическая геометрия и шум в теории матриц». Физ. Преподобный Д. 79 (12): 124009. arXiv : 0812.1285 . Бибкод : 2009PhRvD..79l4009H . дои : 10.1103/PhysRevD.79.124009 . S2CID 15035175 .
- ^ Хоган, Крейг Дж. (2008). «Измерение квантовых флуктуаций в геометрии». Физ. Преподобный Д. 77 (10): 104031. arXiv : 0712.3419 . Бибкод : 2008PhRvD..77j4031H . дои : 10.1103/PhysRevD.77.104031 . S2CID 119087922 .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 года . Проверено 2 марта 2009 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) Доклад К. Штрейна "Статус GEO600" - ^ Гроте, Х; Научное сотрудничество LIGO (7 июня 2008 г.). «Состояние ГЕО 600» . Классическая и квантовая гравитация . 25 (11): 114043. doi : 10.1088/0264-9381/25/11/114043 . ISSN 0264-9381 .
- ^ Смольянинов, Игорь Иванович (апрель 2009 г.). «Уровень голографического шума в интерферометрии». Физ. Преподобный Д. 78 (8): 087503. arXiv : 0903.4129 . Бибкод : 2009PhRvD..79h7503S . дои : 10.1103/PhysRevD.79.087503 . S2CID 119114750 .
- ^ «Дорожная карта GWIC стр.65» (PDF) . Проверено 17 мая 2013 г.
- ^ Ааси, Дж. (9 апреля 2015 г.). «Продвинутый ЛИГО». Классическая и квантовая гравитация . 32 (7): 074001. arXiv : 1411.4547 . Бибкод : 2015CQGra..32g4001L . дои : 10.1088/0264-9381/32/7/074001 . S2CID 118570458 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Домашняя страница GEO600 , официальный сайт проекта GEO600.
- Cardiff Gravity Group . Архивировано 1 мая 2013 г. на Wayback Machine . Страница, описывающая исследования Кардиффского университета в Уэльсе , включая сотрудничество в проекте GEO 600, включает в себя отличный список учебных пособий по излучению гравитационных волн.
- Амос, Джонатан. Наука оседлать гравитационные волны . 8 ноября 2005 г. BBC News .
- Журнал LIGO издается два раза в год научным сообществом LIGO и содержит подробную информацию о последних исследованиях, новостях и личностях различных групп членов. Его можно бесплатно загрузить с этого сайта в формате pdf.
