Новый детектор гравитационных волн уместится на столе

Новое устройство позволит наблюдать гравитационные волны, недоступные действующим детекторам.

Новое устройство позволит наблюдать гравитационные волны, недоступные действующим детекторам.
Иллюстрация LIGO/T. Pyle.

В концепции нового прибора использованы волновые свойства материи.

В концепции нового прибора использованы волновые свойства материи.
Иллюстрация Pixabay

Новое устройство позволит наблюдать гравитационные волны, недоступные действующим детекторам.
В концепции нового прибора использованы волновые свойства материи.

Физики предложили проект инновационного детектора гравитационных волн. В отличие от существующих установок километрового размера, он будет иметь длину около метра. К тому же новое устройство будет чувствительно к сигналам, неуловимым для нынешних детекторов. Всё это позволит наблюдать новые источники гравитационных волн во Вселенной.

Проект описан в научной статье, принятой к публикации в издание New Journal of Physics.

Вести.Ru подробно рассказывали о гравитационных волнах и действующих детекторах, которые их улавливают. Напомним в двух словах, как работают такие установки.

Гравитационный всплеск, пришедший из глубин космоса, раскачивает подвешенные зеркала. Луч лазера, путешествующий между этими зеркалами, позволяет зафиксировать эти колебания. Смещения зеркал невероятно малы: меньше радиуса протона. Детекторы гравитационных волн, фиксирующие и анализирующие такие колебания, по праву можно назвать шедеврами инженерного искусства.

Для регистрации смещения зеркал нужно, чтобы длина пути луча была как можно больше длины волны излучения. И хотя видимый свет имеет длину волны в десятые доли микрометра, в действующих установках LIGO и VIRGO луч лазера распространяется по туннелям длиной в несколько километров. Только так установка получает нужную чувствительность.

Теперь исследователи из Великобритании и Нидерландов выдвинули дерзкий проект детектора длиной порядка одного метра.

Авторы отказались от использования лазера. Вместо этого они предложили воспользоваться фундаментальным принципом квантовой механики. Он гласит, что все физические тела имеют свойства волн.

Мы подробно объясняли, в чём тут дело. Напомним в двух словах, что длина волны тела тем меньше, чем больше его масса. Поэтому волновые свойства сравнительно легко наблюдаются у отдельных электронов или атомов, но даже самые точные измерения пока не позволяют заметить волновую природу чашки кофе.

Физики предлагают использовать в новом детекторе волновые свойства наноалмазов массой 10-14 (одна стотриллионная доля) грамма. Несмотря на ничтожную массу, даже такой кристалл будет иметь чрезвычайно малую длину волны: всего 10-11 микрометра. Это примерно в сто миллиардов раз (!) меньше длины волны лазеров LIGO и VIRGO.

Зато это позволяет уменьшить размер самой установки – пусть не в сто миллиардов раз, но в тысячи. Поэтому новый детектор может иметь размер всего около метра.

В концепции нового прибора использованы волновые свойства материи.

Это устройство не заменит, а дополнит действующие установки. Дело в том, что LIGO и VIRGO принимают только гравитационные волны высокой частоты: от десятков до тысяч герц. В то же время новый прибор, по расчётам экспертов, будет чувствителен к волнам диапазона от миллионной доли герца до десяти герц. Чтобы регистрировать волны таких частот обычным методом (как LIGO и VIRGO), потребовались бы детекторы размером в сотни тысяч километров (!).

Такие наблюдения позволят изучить ранее недоступные источники гравитационных волн и раскрыть новые волнующие тайны Вселенной.

Но реализуем ли подобный проект технически? Авторы отмечают, что практически все необходимые технологии уже опробованы. Так, человечество уже умеет получать достаточно глубокий вакуум и наблюдать волновые свойства кристаллов нужного размера.

Трудность будет заключаться в том, чтобы собрать все кусочки технологического паззла воедино и убедиться, что получившаяся система работает.

Между прочим, волновые свойства вещества уже используются в датчиках, измеряющих силу тяжести. Такие приборы невероятно чувствительны по сравнению со своими традиционными аналогами. Правда, пока они не настолько хороши, чтобы наблюдать гравитационные волны.

Исследователи надеются, что прототип нового детектора может быть создан уже в ближайшее десятилетие.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как квантовые эффекты используются для повышения чувствительности действующих детекторов гравитационных волн. Писали мы и о том, как детектор LIGO использовали для первого в истории измерения колебаний макроскопического объекта под действием квантового шума.