Главная Общество Наука

Датчик гравитационных волн уходит под землю

Японские физики построят первый в мире подземный датчик гравитационных волн под названием LCGT (Large-scale cryogenic gravitational wave telescope - Крупномасштабный криогенный телескоп гравитационных волн). Новый датчик будет построен в 1000 метрах под землей в том же самом месте, что и знаменитый детектор нейтрино SuperKamiokande - в туннеле выработанной шахты Камиока. Предварительные испытания, проведенные с помощью LISM (Laser Interferometer gravitational-wave Small observatory in a Mine - Лазерный интерферометр гравитационных волн маленькой обсерватории в шахте) показали, что в этом месте под землей внешние помехи не оказывают серьезного воздействия на существующие приборы.

Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно-временном континууме (изменения гравитационного поля), которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей. Даже столь экстремальные события как взрывы сверхновых звезд или слияния нейтронных звезд и черных дыр не поддаются обнаружению с помощью существующих датчиков гравитационных волн.

Наиболее перспективными считаются два типа наземных гравитационных антенн. В первом случае регистрируют низкочастотные механические колебания массивного цилиндра длиной свыше метра. Во втором случае - в интерферометрах гравитационных волн - используют лазеры для того, чтобы отслеживать мельчайшие взаимные движения пробных масс, помещенных на концах длинных рычагов. Установкой именно такого типа будет и LCGT. Подобные рычаги в LISM имеют длину всего лишь 20 метров, это очень немного по сравнению с 3-километровыми конструкциями датчика VIRGO в Италии и 4-километровой парой детекторов LIGO в США.

Когда гравитационная волна проходит через датчик, расстояние между контрольными массами увеличивается в одном направлении и уменьшается в другом. Однако искривления, вызванные любой гравитационной волной, получаются совсем крошечными - около 10^-21 м, - так что датчик должен быть очень чувствительным. "Требуется обнаружить сдвиг порядка тысячной части ширины протона, - объясняет Дэвид Рейтз (David Reitze) из Флоридского университета. - Это настоящий вызов современным технологиям".

Работа чрезвычайно чувствительных датчиков легко нарушается "шумом", то и дело возникающим в окружающей среде - вроде сейсмических процессов и температурных вариаций. Суичи Сато (Shuichi Sato) и его коллеги по коллаборации LISM попробовали решить эту проблему, уйдя под землю. Предварительные испытания показывают, что, несмотря на свои "короткие руки", LISM имеет чувствительность смещения, сопоставимую с датчиком TAMA в Японии и детектором, задействованном в эксперименте GEO600 в Германии. Кроме того, его чувствительность к смещениям оказалась на два порядка выше, чем у всемирно известного, но устаревшего LIGO.

Японцы теперь планируют построить в облюбованном месте 3-километровый датчик, который будет содержать криогенную аппаратуру, чтобы справиться с эффектами, вызванными тепловыми шумами. Эта новая установка будет достаточно чувствительна для того, чтобы конкурировать с LIGO-II - модернизированной версией американского детектора. "Если этот проект будет одобрен японским правительством, то установка станет частью международной сети датчиков гравитационных волн, которые откроют нам глаза на новую вселенную", - говорит Сато. Ожидаемое число обнаружимых событий за год - 2 или 3. Начало реализации проекта - 2005 год, а наблюдения начнутся в 2009 году.

Надо, впрочем, отметить, что помимо гипотетичности самих гравитационных волн, целый ряд физиков считает, что никакая "рябь" не может быть отслежена современной техникой просто потому, что само пространство вместе с любыми детекторами "сминается" в том же самом ритме. Так что возможно все эти деньги, потраченные на целую цепь подобных установок, окажутся просто выброшенными на ветер.

Источники:
Gravitational-wave detector goes underground - PhysicsWeb
Ultra-stable performance of an underground-based laser interferometer observatory for gravitational waves - arXiv
Scientists make waves in study of universe - Palm Beach news

Статья

Датчик гравитационных волн уходит под землю

Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.

Статья

Механическая "рука" вплотную приблизилась к квантовому пределу

Узнать, на самом ли деле действие принципа неопределенности распространяется на макроскопические объекты, было основной целью американских экспериментаторов. Они изучали движения вибрирующего механического манипулятора, изготовленного из нитрида кремния. Размер изучаемого объекта в эксперименте не превышал 8 мкм - то есть "рука" была совсем крошечной по обыденным масштабам, однако все еще оставалась макроскопическим объектом. Мы находимся в начале новой экспериментальной эры, когда взаимодействие между двумя полностью квантовыми системами может быть изучено экспериментально, что вполне может быть названо квантовой электромеханикой.

Статья

Обвинения в "изменах" с постоянной тонкой структуры пока не сняты

Современные теории, которые призваны объединить эйнштейновскую относительность с квантовой механикой и тем самым решить одну из сверхзадач всей современной физики, привели к шокирующему предсказанию: фундаментальные константы не только могут, но даже обязаны изменяться в пространстве и времени. Однако теперь с помощью исследования спектров отдаленных квазаров удалось наложить строгие ограничения на возможные вариации во времени одной из важнейших физических констант - постоянной тонкой структуры.

Статья

Физики надеются обнаружить изменение фундаментальных констант со временем

Две группы физиков на протяжении последних лет провели целый ряд аккуратных экспериментов в надежде обнаружить непостоянство природных констант, до сих пор считавшихся не изменяющимися со временем. До настоящего момента данные на эту тему добывались астрофизическими методами и указывали на возможность подобных вариаций.

Статья

Физики собираются проститься с килограммом

Недавно в ходе точных измерений параметров монокристалла кремния с помощью рентгеновских лучей было получено новое значение для числа Авогадро. Эта работа проходила в рамках международной программы, направленной на пересмотр эталона килограмма. Килограмм решено определить в терминах атомных и фундаментальных констант, как и все остальные системные единицы. Тем более, что нынешний материальный эталон килограмма, от которого в конечном счете зависит точность измерений во всем мире, постепенно испаряется и теряет массу.

Статья

"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах

Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".

Статья

Впервые удалось измерить скорость гравитации

Впервые с приемлемой точностью удалось измерить скорость гравитации. Измерялось небольшое видимое изменение позиции квазара, вызванное изгибом пути радиоволн от этого источника в поле тяготения Юпитера. Результат важен с точки зрения "закрытия" некоторых вариантов современных теорий и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так называемой теории струн или суперструн.

Статья

Постоянство гравитационной постоянной G под сомнением

Новый эксперимент швейцарских физиков, поставленный для уточнения значения гравитационной постоянной G, прибавил весомости довольно спорной теории, согласно которой на силу гравитации оказывает влияние магнитное поле Земли.

Статья

Физики доказали, что рукописи не горят

Известный популяризатор науки и специалист по черным дырам Стивен Хокинг на пару с Кипом Торном, по всей видимости, проспорил Джону Прескиллу полное собрание томов Британской энциклопедии. В 1997 году эти три космолога заключили между собой ставшее вскоре широко известным пари относительно того, исчезает или нет информация, поглощаемая черными дырами вместе с материальными носителями, то есть меняется ли вообще внутреннее состояние черной дыры в зависимости от конкретных характеристик частиц, которые ею поглощены.

Статья

Замаскированная квантовая почта может объяснить молчание внеземных цивилизаций

Если внеземные цивилизации действительно существуют и при этом не являются исключительной редкостью, то почему мы так и не смогли до сих пор получить от них никаких сигналов? Два физика объясняют эту ситуацию исключительной осторожностью инопланетян. При этом они считают, что есть возможность отправлять сигналы, не открывая своего местоположения.

Статья

Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному

Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.

Статья

"Частица бога" не откроет тайну американцам

Один из ключевых вопросов современной физики высоких энергий - подтверждение или опровержение существования теоретически предсказанной еще в 1964 году экзотичной субатомной частицы, называемой бозоном Хиггса. Предполагается, что бозон Хиггса сыграл основную роль в механизме, посредством которого некоторые частицы (кварки, лептоны) во время Большого взрыва приобрели массу, а другие остались безмассовыми (фотоны).

Статья

Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн

Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.

Статья

Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.

Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.

Статья

Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света

Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.

Статья

Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи

Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.

Статья

Мезоны устраивают "похороны" классической физике

Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.

Статья

Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе

90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.

Статья

"Эффект бабочки": машина времени и Интернет

"Эффект бабочки" прочно ассоциируется не только с фантастической посылкой Эдварда Лоренца, но и с одним из самых знаменитых рассказов Рэя Брэдбери, который посвящен путешествиям во времени. Ученые-компьютерщики из Корнельского университета решили "перекинуть мостик" от атмосферных исследований и машины времени к сегодняшнему миру Интернета, транснациональных корпораций, терроризма и пандемий. Вопрос об "баттерфляй-эффекте" может быть перефразирован тогда следующим образом: "Может ли единственный "мессидж" по электронной почте из Бразилии вызвать поток необратимых событий в штате Техас?"

Статья

Гигантская черная дыра поймана на месте преступления

Гигантская черная дыра в галактике RXJ1242-11, что расположена на расстоянии в миллиард световых лет от Земли, была поймана "на месте преступления" - в тот момент, когда она откусила "бочок" у звезды, похожей на наше Солнце, словно это был какой-нибудь межзвездный гамбургер. Такое явление, по словам астрономов, удалось пронаблюдать впервые. Это укрепило ученых во мнении, что черные дыры на протяжении всего времени существования Вселенной то и дело подобным образом пожирают звезды, и это может быть основным способом увеличения их массы.

Статья

Гравитационная линза показывает сердце отдаленной галактики

В настоящее время известно уже множество примеров наблюдений галактик, действующих подобно "гравитационным линзам". Лучи света, проходя рядом с ними, отклоняются мощным гравитационным полем. За счет такого "линзирования" на небе появляется несколько дополнительных видимых изображений какого-нибудь отдаленного объекта, расположенного за такой галактикой - например, это может быть яркий квазар. Теперь астрофизики раскрыли важную тайну, связанную с этим феноменом.

Статья

Столкновение двух безумных гигантских колес на скорости 10 млн км в час

На этой выразительной фотографии, полученной с помощью космического телескопа "Хаббл", запечатлена пыльная спиральная галактика, которая, вращаясь, проходит через другую большую яркую галактику NGC 1275. Рентгеновское и радиоизлучение с большой вероятностью указывают на наличие черной дыры в центре этой яркой галактики. NGC 1275 находится от нас на расстоянии примерно 235 млн световых лет в созвездии Персея.

Статья

Черные дыры играют сами c собой в смертельный футбол

Когда сталкиваются сверхмассивные черные дыры, представляющие собой ядра соседних галактик, пространство вокруг них буквально трещит по швам, только держись! Мощнейший всплеск гравитационного излучения сообщает всему миру о том, что эти монстры яростно сливаются в одну еще более массивную черную дыру. "Пинок", который эта система получает в момент столкновения, может даже выбить получившуюся в результате черную дыру вон из родной галактики. Новое исследование описывает последствия такого межгалактического столкновения с точки зрения современной теоретической физики.

Статья

Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики быстро вращается

Периодические вспышки в инфракрасном диапазоне в районе этой черной дыры являются свидетельством ее вращения, а новые данные таким образом "возвещают новую эру наблюдательной физики черной дыры и проверки истинности общей теории относительности".

Статья

Удалось провести самые детальные наблюдения рождения черной дыры

Обнаруженный в глубоком космосе сверхмощный кратковременный выброс энергии, о котором удалось быстро оповестить 33 обсерватории во всем мире, позволил не только получить надежное свидетельство в пользу теории происхождения черных дыр в результате звездных взрывов, но и провести самые детальные на сегодняшний момент наблюдения таинственных явлений, получивших название GRB (всплеск гамма-излучения).

Статья

Найдена пара гигантских черных дыр, обреченных слиться в межгалактическом катаклизме

Ядро галактики NGC 6240 представляет собой систему из двух супермассивных коллапсаров, и в будущем ей грозят серьезные потрясения. Это доказали немецкие астрономы из Института внеземной физики имени Макса Планка с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра". Открытие подтверждает теории формирования супермассивных черных дыр.

Статья

Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики

Группе германских астрономов удалось показать, что в Галактическом центре расположен один-единственный сверхплотный и сверхмассивный объект - не что иное, как черная дыра. Определенность позволили внести наблюдения за движением звезды, которую исследователи условно обозначили как S2.

Статья

Теория относительности топит субмарины

Бразильский физик решил задачку, "подброшенную" релятивистской теорией, так называемый "парадокс субмарины". Для разбора этого "парадокса" пришлось использовать Общую теорию относительности и включить в решение эффект искривляющих пространство гравитационных сил, получив своеобразный модифицированный релятивистский закон Архимеда.