|  | 4 декабря 2014 | Новости науки и техники

Неуловимые гравитационные волны могут быть обнаружены при помощи настольного экспериментального устройства

Гравитационные волны


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.

Экспериментальная настольная установка


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.




Ключевые слова:
Гравитационные, Волны, Колебания, Частота, Датчик, Чувствительность, Температура, Шум, Эксперимент, LIGO

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • GOTO - новый телескоп, предназначенный для поисков гравитационных волн в ко ...
  • Атомные часы с оптической решеткой станут чувствительным элементом детектор ...
  • Гравитационная обсерватория LIGO возвращается к "охоте" на гравитационные ...
  • Эксперимент Advanced LIGO открывает новый сезон охоты на гравитационные вол ...
  • Ученые открывают новый сезон охоты на гравитационные волны от черных дыр.




  • 4 декабря 2014 09:08
    #1 Написал: vpreunov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    "Изучив и научившись фильтровать все возможные источники шумов и помех…".
    Ну ну! Бог, как говорится, в помощь. Ребята сами обеспечили себя работой на десятилетия вперёд, ибо источников помех - на Земле бесчисленное множество. Вот так надо планировать исследования.
        
    4 декабря 2014 12:32
    #2 Написал: Zerger

    Публикаций: 0
    Комментариев: 776
    vpreunov, т.е. чистый эксперимент можно провести только в космосе, подальше от планет? ну тут они на правильном пути миниатюризации датчика.

    П.С. Будет ли космическая база на окраине Солнечной системы?


    --------------------
        
    4 декабря 2014 13:50
    #3 Написал: radio

    Публикаций: 0
    Комментариев: 175
    Планеты не создают помехи частотой в мегагерцы.
        
    4 декабря 2014 16:47
    #4 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 505
    Zerger, Любые эксперименты с гравитационным взаимодействием крайне сложны именно в плане выявления всех посторонних факторов влияющих на результат. тому есть 2 причины:
    Первая - очень большое дальнодействие гравитационных сил. Собственно, гравитация самое дальнодействующее из всех известных нам взаимодействий между объектами вселенной. По этой причине на любой эксперимент по поиску колебаний гравитации могут оказывать влияния события произошедшие где угодно и когда угодно.
    Вторая - абсолютная проникающая способность гравитации. Гравитационное взаимодействие единственное, что не прекращается даже после схлопывания материи в черную дыру. От нее не закрыться никакими экранами и не вынести установку в место, где нет ее посторонних источников. Можно лишь попытаться их учесть. А этому препятствует отсутствие теоретической базы - на сегодняшний день нет понимания, как она распространяется и какие частицы являются ее переносчиком.
        
    4 декабря 2014 17:37
    #5 Написал: Ol.

    Публикаций: 0
    Комментариев: 58
    Какие волны могут быть у водоворота? Основное наблюдаемое проявление гравитации это центростремительная сила(массивные объекты притягивают к себе полегче). Но при этом все летит,вращается,нагревается... Не очень похоже, что это следствие действия волн. К тому же гравитация возникает только тогда когда присутствует масса(плотность). Если представить пространство без массы будет ли в нем гравитация?
        
    5 декабря 2014 10:17
    #6 Написал: Молочный

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Ol., не нужно троллить, а кафедра философии на другом сайте.

    Rsa,
    будем надеятся что со временем научатся. те же самые радиосигналы взять, казалось бы и солнце фонит и отражают все кто могут, и земляне шумят только в путь, но смогли ведь допереть и радиотелескопы придумать :) Посмотрим может и им удастся зернышки из плевел выковырять, и будут через десяток другой лет гравитационные телескопы
        
    5 декабря 2014 14:12
    #7 Написал: vpreunov

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Уважаемый Zerger . Имея некоторые знания в области радиотехники ))), я имел в виду, что авторы исследования поставили себе нереальную задачу - подавить электромагнитные (ЭМ) и механические помехи в диапазоне, как они пишут, 1-1000 МГц. Да ещё до уровня, сравнимого с уровнем колебаний атомов при абсолютном нуле температур. Фактически это невыполнимая ф задача - полностью подавить помехи во всём диапазоне ЭМ излучений, т.к. любой сигнал - это основной и сумма его высших гармоник, простирающихся часто на много декад вверх от основной частоты (ширина полосы гармоник зависит от крутизны фронтов импульсов, а большинство сигналов в природе и технике - импульсные). Например, сделав генератор импульсов 100 КГц на простейшей цифровой микросхеме, будем иметь гармоники сигнала на частотах до 10 МГц и более, и приличной амплитуды.
    Во-вторых, кварц - сегнетоэлектрик, т.е. пластина его колеблется под действием любого ЭМ излучения. И хотя за пределами её резонансной частоты амплитуда колебаний резко падает, но она не равна нулю. И как здесь выделять грав.волны? Они ведь не настроены на резонанс кварцевого диска. Что касается самих гравитационных волн. Нет ни одного доказательства их существования и распространения со скоростью света; это только гипотеза.Когда говорят о их скорости, имеют в сиду скорость распространения гравитации. Есть данные о том, что эта скорость на многие порядки выше скорости света; и астрономы рассчитывают положение планет, полагая скорость гравитации бесконечной.
    Что касается бесконечного дальнодействия гравитации - тут, по-моему, тоже далеко не всё ясно. В формуле Ньютона содержится сингулярность - при радиусе тела, стремящемся к нулю, сила притяжения стремится к бесконечности ; возможно, эта формула должна иметь другой вид, и действие гравитации ограничено по дальности.
        
    5 декабря 2014 16:06
    #8 Написал: radio

    Публикаций: 0
    Комментариев: 175
    В ОТО гравитационные волны есть и распространяются они со скоростью света.
    Теорий, описывающих реальность лучше, чем ОТО, пока не придумали (или они ни чем не подтверждаются).
        
    11 декабря 2014 15:40
    #9 Написал: Olaf

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    radio,
    Да здраствует ОТО срач!!! И так, а чем же реально подтвердается ОТО?
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.