物理學家獲得NSF資助以繼續(xù)引力波探測器研究

2023 年 3 月，先進激光干涉儀引力波天文臺 (LIGO) 將開始其為期四年的觀測期。位于華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓的科學家們在過去兩年中一直在進行硬件和軟件升級，以提高探測器的靈敏度，使它們能夠感知“微弱”的引力波，從而探測到比以往更多的事件。

與此同時，高級 LIGO 團隊的成員正在不斷改進未來幾年的未來觀察期。Stefan W. Ballmer是藝術與科學學院的物理學教授，他是幫助設計和建造 LIGO 探測器的團隊的成員。

為了繼續(xù)這項工作，鮑爾默最近獲得了 555,000 美元的美國國家科學基金會 (NSF) 撥款，用于開發(fā)用于檢測光學腔失配的技術和用于下一代探測器懸架的致動器，這是對引力波天體物理學探測器技術的資助更新。

該獎項還為鮑爾默的博士生提供支持，包括目前在漢福德現場的 Elenna Capote，幫助調整探測器對準和控制系統(tǒng)，以確保探測器按設計運行。

“這些探測器是復雜的機器，有數千個控制回路，保持四個主鏡和另外 30 個懸掛鏡對齊并控制長度以保持光共振，”鮑爾默說。“每次你做出改變，它真的變成了一個必須重新調整的新探測器。”

LIGO 的工作原理

LIGO 使用一對稱為干涉儀的巨型激光探測器，位于華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓，相距 1,900 英里。每個探測器都包含兩個 2.5 英里長的真空臂——相互垂直的管子。一束強大的激光束被分成兩束并沿著手臂發(fā)射。末端的鏡子將光反射回激光束分離的位置。由于臂的長度相同，因此光到達每個隧道盡頭的鏡子并返回時應該花費完全相同的時間。但是如果引力波穿過地球，它會改變鏡子之間的距離，導致光束在不同的時間返回。

通過比較兩束光束，LIGO 能夠測量由引力波引起的時空拉伸，這是 2015 年首次進行的開創(chuàng)性觀察，首次物理確認了距離近 13 億光年的兩個黑洞碰撞產生的引力波。

根據鮑爾默的說法，2.5 英里長的手臂中的激光功率越高，科學家們就能更準確地確定手臂的運動。但是目前可以使用的激光功率量受到探測器光學系統(tǒng)缺陷的限制。“從探測器返回的激光的光學相位前沿可能會因鏡子中的熱效應而變形，”他說。