Детектор гравітаційних хвиль

Детектор гравітаційних хвиль (гравітаційний телескоп) — пристрій, призначений для реєстрації гравітаційних хвиль. Згідно з ЗТВ, гравітаційні хвилі, які утворюються, наприклад, внаслідок злиття двох чорних дір десь у Всесвіті, викличуть надзвичайно слабку періодичну зміну відстаней між пробними частинками, внаслідок коливання самого простору, яку і будуть реєструвати детектори.

Найбільш поширені два типи детекторів гравітаційних хвиль. Один з типів, вперше реалізований Джозефом Вебером (Мерілендський університет) в 1967, являє собою гравітаційну антену — як правило, це металева масивна болванка, охолоджена до низької температури. Розміри детектора при падінні на нього гравітаційної хвилі змінюються, і якщо частота хвилі збігається з резонансною частотою антени, амплітуда коливань антени може стати настільки великою, що коливання можна детектувати. У піонерському експерименті Вебера антена являла собою алюмінієвий циліндр довжиною 2 м і діаметром 1 м, підвішений на сталевих тросах; резонансна частота антени становила 1660 Гц, амплітудна чутливість п'єзодатчиків — 10^-16 м. Вебер використовував два детектора, які працювали на збіги, і повідомив про виявлення сигналу, джерелом якого з найбільшою ймовірністю був центр Галактики. Однак незалежні експерименти не підтвердили спостережень Вебера. З діючих останнім часом детекторів за таким принципом працює сферична антена MiniGRAIL (Лейденський університет, Голландія), а також антени ALLEGRO, AURIGA, EXPLORER та NAUTILUS.

Схема лазерного інтеферометра

В іншому типі експериментів з детектування гравітаційних хвиль вимірюється зміна відстані між двома пробними масами за допомогою лазерного інтерферометра Майкельсона. У двох довгих (довжиною в кілька сот метрів або навіть кілометрів) перпендикулярних один одному вакуумних камерах підвішуються дзеркала. Лазерний промінь розщеплюється, йде по обох камерах, відбивається від дзеркал, повертається назад та знову з'єднується. У «спокійному» стані довжини підібрані так, що ці два промені після з'єднання в напівпрозорому дзеркалі гасять один одного (деструктивно інтерферують), і освітленість фотодетектора виявляється нульовою. Але варто лише якомусь із дзеркал зміститися на мікроскопічну відстань (причому йдеться про відстань на порядки менше світлової хвилі — тисячні частки розміру атомного ядра), як компенсація двох променів стане неповною та фотодетектор вловить світло.

Останнім часом гравітаційні телескопи такого типу працюють в рамках американо-австралійського проекту LIGO (найбільш чутливий), німецько-англійського GEO600, японського TAMA-300 та франко-італійського VIRGO.