探秘美国引力波实验室
时间:2017-12-08

   探索美国重力波实验室

  根据Wired在美国的报道,早在1912年,爱因斯坦曾经预言黑洞等大量物体会发出引力波。如果发现引力波,可能会加深我们对宇宙知识的理解,从而改变我们对物理学的研究。为实现这一目标,国家科学基金会(NSF)今年4月批准了激光干涉引力波天文台升级计划。

  LIGO是国家科学基金会资助的最大的项目之一,处于发现引力波的最前沿。该探测器配有质子敏感的超长激光,具有足够的灵敏度,可以记录相对较弱的引力波。这是加州理工的四个LIGO实验室的一瞥。

  1.测试台红外光反射器

  测试台上的红外光反射器

  试验台的一面是完美的镜子。虽然对可见光是透明的,但这个反射镜几乎可以反射干涉仪内部激光器的红外光的100%。干涉仪是包含上述激光器的仪器,其使用由红外激光束发射的光以极其精确的方式测量距离。激光束越长,干涉仪越敏感。当超引力波穿过干涉仪时,由于其引起的时空波动,干涉仪的长度只会稍稍改变。

  2.俯视干涉仪的顶部

  俯瞰干涉仪的顶部

  在加州理工学院俯视干涉仪的顶部,仪器呈现L形状,每个臂包含延伸40米的激光束。这些不锈钢真空荚将被抽空到大约十亿分之一英寸的空气,为激光束创造一个令人印象深刻和必要的真空。这是在华盛顿和路易斯安那州的一个类似的,更小的干涉仪原型,每个2.5英里长。有了这两个类似的设施,科学家们可以证实,观察到的不规则性实际上是引力波,而不是实验室车辆,波浪飘落到遥远的海岸,或激光本身的微妙变化。

  3.真空室内一目了然

  在真空室内一目了然

  分束器位于干涉仪两个臂(L形接头)的交叉处。该平台由镜子,过滤器和其他光学仪器组成。从这里,红外激光束被传送到系统的每个臂。校准后,每个激光束的共振应该是一致的,非常准确。如果光束受到干扰,可以通过与其他光束比较来测量。

  干涉臂

  干涉臂

  探测引力波的问题在于它们在地球上的变化很小。遥远的事件产生的强大的光波到达地面时相对较弱。为此,用于检测引力波的仪器必须非常精确。在左侧,干涉臂的一端包含一个主反射镜(中心右边,共四面)和一系列较小的反射镜,所有这些反射镜用于校准和对准激光器,主反射镜发射激光束返回到L型接头进行测量。

  5.激光源

  激光(分离之前)来自右侧的白色管。此管包含精密仪器,以尽可能多地校准信号噪音。

  6.光学台

  光学长凳

  干涉臂一端的光学平台可以用来监测激光束的强度,位置和角度。

  7.在未来的平台上可能会发现重力波

  重力波可能会在未来的平台中找到

  这个光学平台被用来探测干涉臂交叉点不同位置的光线,在那里有一天可以观测到引力波,为此,科学家将探测器覆盖在它上面。

  8.四象限探测器

  四象限探测器

  这张照片中间的三个盒子是四象限探测器(QPD),探测激光束的确切位置。

  真空设备

  LIGO原型干涉仪要求在十亿分之一英寸处具有极高的真空度,相当于低地球轨道上的真空度。为了获得这种极端水平的真空条件,需要使用无振动的磁浮涡轮泵。该照片中的设备是真空歧管和遥控阀,以帮助驱动真空。

  螺纹伸缩缝

  螺纹伸缩缝

  这些螺纹膨胀波纹管允许科学家协调干涉臂的长度,以补偿不锈钢的温度引起的膨胀。

  11.LIGO实验室的几位科学家

  LIGO实验室的几位科学家

  上图显示了LIGO实验室的几位科学家。从左到右:Alan Weinstein,Steve Vass和Rob Ward以及物理学教授Weinstein教授将他的高能物理知识运用到能量本质和引力波探测的黑暗研究中。 Gas在过去的20年里一直在管理LIGO原型实验室。