Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
тура. Измеренный фазовый шум колебаний S = —74 дБ (1 радХ ХГц“1/а = 0дБ) при 145 Гц согласуется с оценками, приведенными в литературе.
Использование микроволнового сверхпроводящего резонатора представляется весьма перспективным. Японская группа считает, что резонатор на частоте 8,6 ГГц с d = 2,5 мкм в сочетании с контуром, для которого Sq = —125 дБ, должен дать
д*мин = 3,2 • IO-20 M • Гц-1/*
в области 100 Гц.
Сверхпроводящий акселерометр с проходным резонатором входит в гравитационно-волновой детектор, разрабатываемый в Университете Западной Австралии [138], состоящий из двух ниобиевых болванок длиной 1 м (возможно, действующий в режиме совпадений).
Болванки и акселерометры крепятся с помощью магнитной подвески (рис. 4.30). Акселерометр является бесконтактным устройством, поддерживаемым низкочастотной сервосистемой на требуемом расстоянии (~10~3 см) от конца болванки, кото-
7. Поиск гравитационных волн
329
рое, однако, позволяет резонатору реагировать на колебания в килогерцевой области частот. Сверхпроводящий резонатор (Q ~ IO6) действует на частоте 10 ГГц, так что параметрическое усиление порядка IO7 [24]. Максимальная чувствительность до: стигается путем регистрации сдвига фаз в резонаторе, когда колебания болванки заставляют изменяться интервал между болванкой и резонатором.
Это требует чрезвычайно устойчивого эталонного генератора, в качестве которого удобно взять другой микроволновой резонатор, установленный вблизи первого и возбуждаемый посредством внешнего диодного источника Ганна. Тогда сравнение фаз проводится с помощью двойного сбалансированного смесителя.
4.2. Апериодическое детектирование гравитационных волн средних частот
Первые эксперименты такого типа были проведены группой, возглавляемой Форвардом, в Исследовательской лаборатории Хьюза [109]; они использовали интерферометр Майкельсона для наблюдения изменений расстояния между массами, удаленными приблизительно на 3 м. Различные способы усовершенствования детекторов этого типа были предложены Вейссом [170] в Массачусетском технологическом институте и Древером [55] в Глазго.
Иногда возникает, возможно, наивный вопрос, не вызывает ли приходящая гравитационная волна относительного изменения 6ІД длины световой волны, равного относительному смещению 81/1 плеч интерферометра, т. е.
6Я/Я ~ Ы/1.
Ответ является отрицательным по следующим причинам:
а. В метрике, где
gio = 0 (/=1,2, 3),
скорость света равна v = cgoo/2- В нашем случае [см. уравнение (2.29) ] goo = U поэтому v = с.
б. Частота электромагнитной волны, распространяющейся из точки 1 в точку 2, в которых go о имеет значения g0o(l) и g0o (2), изменяется согласно хорошо известной формуле
V (2) _Tgoo(I)T/*
v(l) — LgOO (2) J •
В нашем случае goo = 1 везде и в любой момент времени, поэтому частота не изменяется. Отсюда можно заключить, что в первом приближении [см. уравнение (1Л в) ] \ = v/v не изме* няется под действием приходящей гравитационной волны,
330
Э. Амальди, Г. Пиццелла
Схема экспериментальной установки, разрабатываемой мюнхенской группой [173], показана на рис. 4.31.
Свет, входящий в интерферометр слева, поступает из лазера. Интенсивности, получаемые в направлениях наблюдения 1 н 2,
как функции разности опти* ческих длин путей
Д/ = (а, + а2) — {Ьх + Ь2) даются выражениями
I1 = I0 Sin2OtA//*,), h = h cos2 (я Д//Л),
где Io — интенсивность излучения лазера. Они пока* заны в нижней части того же рисунка.
В начале разд. 4 мы показали, что длины плеч интерферометра должны быть порядка 100—150 км. Такие значения достигаются путем использования оптических линий задержни [80], принцип получения которых иллюстрируется на рис. 4.32. Расстояние между двумя зеркалами приблизительно определяется радиусом кри« визны, который равен удвоенному фокусному расстоянию зеркала. Луч проходит через отверстие в покрытии первого зеркала. Надлежащим выбором положения и угла входа луча точки отражения на каждом зеркале могут быть расположены по окружности. При специальных условиях (так называемых условиях возврата) луч выходит из линии задержки через то же отверстие, через которое
он вошел.
При отражательной способности зеркала R — 99,9% (достижимой в настоящее время) интенсивность должна уменьшиться наполовину приблизительно после 1000 отражений: 0,9991000 « « 0,5.
С помощью такого устройства указанная в начале разд. 4 длина 150 км плеча интерферометра уменьшается до вполне разумного значения
^ = ю~3/= 150 м,
Рис. 4.31. Схема интерферометра Майкельсона и интенсивность наблюдаемых лучей в зависимости от разности длин оптических путей [173].
7. Поиск гравитационных волн
Рис. 4.32. Фотография прототипа оптической линии задержки в интерферометре Майкельсона. Световой луч лазера сделан видидмым с помощью дыма (с любезного разрешения М. Бэссана и Л. Наричи).
Устойчивость установки существенно возрастает при введении разделителя лучей вместе с двумя близкими зеркалами, смонтированными в одном блоке (рис. 4.33). Длина пути в первом порядке, как и требуется, чувствительна только к продольным смещениям зеркала. Однако механический шум налагает предел уменьшению длины плеча с помощью отражений. Смещение зеркал, обусловленное действием гравитационных волн, пропорционально базе, в то время как механический шум в первом порядке не зависит от нее.
