Сегодня годовщина запуска крупнейшего эксперимента по поиску гравитационных волн
23 августа 2002 года в Луизиане и Вашингтоне впервые начали работу два интерферометра проекта LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), - масштабного эксперимента, построенного с целью обнаружения гравитационных волн. В совокупности эксперимент в первом своем воплощении проводился восемь лет - с 2002 по 2010 год, однако никаких целевых результатов в ходе работы получено не было. Стоимость LIGO составила 350 миллионов долларов, что является рекордом для американского Научного фонда.
Существование гравитационных волн было постулировано в 1916 году в рамках общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. С 60-х годов XX века велись активные теоретические разработки этой проблемы, тогда же были предложены методики экспериментального детектирования гравитационных волн.
В 1974 году Рассел Хулс и Джозеф Тейлор получили косвенные доказательства существования гравитационных волн. Они исследовали пульсар PSR B1913+16 и обнаружили в его сигнале затухание пульсации, которое подтверждало выводы Эйнштейна в рамках ОТО, сделанные в предположении о существовании гравитационных волн. За эту работу авторы получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году.
Направлению экспериментального поиска гравитационных волн, из которого со временем и родился проект LIGO, положил начало Джозеф Вебер. Он разработал первые предназначенные для регистрации гравитационных волн детекторы. Детекторы были выполнены в виде алюминиевых цилиндров диаметром около одного метра и должны были работать за счет того, что при прохождении через них гравитационной волны возникающие ничтоные колебания должны были регистрроваться пьезодатчиками. Сам Вебер неоднократно заявлял об обнаружении с помощью своих антенн гравитационных волн, все аналогичные эксперименты, проведенные другими учеными, заканчивались неудачей. Было также обнаружено несколько ошибок в программах, которыми Вебер пользовался для обработки результатов, поэтому все, что он выдавал за сигнал от гравитационных волн, скорее всего было шумом.
Идеи регистрировать гравитационные волны при помощи интерферометров была предложена также в 1960-х годах. Принцип метода заключается в следующем: если расположить источник сигнала (лазер) на достаточно большом расстоянии от зеркала, которое бы отражало световой луч строго в обратном направлении, то, регулируя расстояние между источником и отражателем, можно добиться определенного соотношения фаз световой волны на источнике и на приемнике. Тогда, если расстояние до зеркала по какой-то причине изменится (самая ожидаемая причина это, разумеется, прохождение гравитационной волны) то произойдет сдвиг фазы луча, что и будет зафиксировано интерферометром.
Оба интерферометра, построенных для проекта LIGO, имеют форму латинской буквы «L». Источник излучения находится в углу, а сигнал его делится при помощи оптической системы на два, каждый из которых направлен вдоль соответствующих плечей. При прохождении через систему гравитационной волны, в зависимости от ее направления луч какого-то из плечей будет периодически менять свою фазу. Создав достаточно большой оптический путь (а в LIGO он для каждого плеча составляет четыре километрв), можно добиться таких величин относительного изменения длины пути, какие требуются для детектирования гравитационных волн: порядка 10-21. Такой чувствительности интерферометрам LIGO удалось достичь в 2005 году. Два интерферометра, удаленные друг от друга на три тысячи километров нужны для того, чтобы определить направление распространения волны.
С 23 августа 2002 года, - за восемь лет работы - оба интерферометра достоверно не засекли ни одной гравитационной волны. В феврале 2007 года была обнаружена сильная вспышка гамма-радиации, пришедшая из галактики Андромеды, а такие вспышки чаще всего являются результатами столкновений нейтронной звезды с другой нейтронной звездой или с черной дырой. Столкновение должно было сопровождаться излучением мощных гравитационных волн, однако их зарегистрировать не удалось.
В настоящее время на последней стадии (готово 80%) находится преемник LIGO - проект Enhanced LIGO, который обладает рядом усовершенствований, таких как использование более мощного лазера и более тщательная очистка его сигнала. Ученые надеятся, что в рамках нового проекта гравитационные волны, наконец, удасться обнаружить экспериментально. Хотя в существровании этих волн, - особенно после недавних результатов эксперимента BICEP, - никто, собственно не сомневается, их прямая детекция была бы существенным прорывом.
Существование гравитационных волн было постулировано в 1916 году в рамках общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна. С 60-х годов XX века велись активные теоретические разработки этой проблемы, тогда же были предложены методики экспериментального детектирования гравитационных волн.
В 1974 году Рассел Хулс и Джозеф Тейлор получили косвенные доказательства существования гравитационных волн. Они исследовали пульсар PSR B1913+16 и обнаружили в его сигнале затухание пульсации, которое подтверждало выводы Эйнштейна в рамках ОТО, сделанные в предположении о существовании гравитационных волн. За эту работу авторы получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году.
Направлению экспериментального поиска гравитационных волн, из которого со временем и родился проект LIGO, положил начало Джозеф Вебер. Он разработал первые предназначенные для регистрации гравитационных волн детекторы. Детекторы были выполнены в виде алюминиевых цилиндров диаметром около одного метра и должны были работать за счет того, что при прохождении через них гравитационной волны возникающие ничтоные колебания должны были регистрроваться пьезодатчиками. Сам Вебер неоднократно заявлял об обнаружении с помощью своих антенн гравитационных волн, все аналогичные эксперименты, проведенные другими учеными, заканчивались неудачей. Было также обнаружено несколько ошибок в программах, которыми Вебер пользовался для обработки результатов, поэтому все, что он выдавал за сигнал от гравитационных волн, скорее всего было шумом.
Идеи регистрировать гравитационные волны при помощи интерферометров была предложена также в 1960-х годах. Принцип метода заключается в следующем: если расположить источник сигнала (лазер) на достаточно большом расстоянии от зеркала, которое бы отражало световой луч строго в обратном направлении, то, регулируя расстояние между источником и отражателем, можно добиться определенного соотношения фаз световой волны на источнике и на приемнике. Тогда, если расстояние до зеркала по какой-то причине изменится (самая ожидаемая причина это, разумеется, прохождение гравитационной волны) то произойдет сдвиг фазы луча, что и будет зафиксировано интерферометром.
Оба интерферометра, построенных для проекта LIGO, имеют форму латинской буквы «L». Источник излучения находится в углу, а сигнал его делится при помощи оптической системы на два, каждый из которых направлен вдоль соответствующих плечей. При прохождении через систему гравитационной волны, в зависимости от ее направления луч какого-то из плечей будет периодически менять свою фазу. Создав достаточно большой оптический путь (а в LIGO он для каждого плеча составляет четыре километрв), можно добиться таких величин относительного изменения длины пути, какие требуются для детектирования гравитационных волн: порядка 10-21. Такой чувствительности интерферометрам LIGO удалось достичь в 2005 году. Два интерферометра, удаленные друг от друга на три тысячи километров нужны для того, чтобы определить направление распространения волны.
С 23 августа 2002 года, - за восемь лет работы - оба интерферометра достоверно не засекли ни одной гравитационной волны. В феврале 2007 года была обнаружена сильная вспышка гамма-радиации, пришедшая из галактики Андромеды, а такие вспышки чаще всего являются результатами столкновений нейтронной звезды с другой нейтронной звездой или с черной дырой. Столкновение должно было сопровождаться излучением мощных гравитационных волн, однако их зарегистрировать не удалось.
В настоящее время на последней стадии (готово 80%) находится преемник LIGO - проект Enhanced LIGO, который обладает рядом усовершенствований, таких как использование более мощного лазера и более тщательная очистка его сигнала. Ученые надеятся, что в рамках нового проекта гравитационные волны, наконец, удасться обнаружить экспериментально. Хотя в существровании этих волн, - особенно после недавних результатов эксперимента BICEP, - никто, собственно не сомневается, их прямая детекция была бы существенным прорывом.