“先進激光干涉引力波觀測設(shè)施”代表著人類建造過的最精密測量設(shè)備之一
新浪科技訊 北京時間10月15日消息，據(jù)英國廣播公司(BBC)網(wǎng)站報道，一項旨在搜尋宇宙中時空漣漪的實驗設(shè)備已經(jīng)在近日啟動運行——設(shè)在美國華盛頓州和路易斯安那州的兩座實驗室從9月開始搜尋產(chǎn)生于遙遠宇宙事件的引力波穿過地球時留下的痕跡——這就是“先進激光干涉引力波觀測設(shè)施”(The Advanced LIGO facilities)，該項目此前剛剛經(jīng)歷了一次重大技術(shù)升級。
科學(xué)家們相信當(dāng)前這一設(shè)施的精度已經(jīng)足以讓它們檢測到最為微弱的信號。這項實驗背后的先驅(qū)之一，美國著名理論物理學(xué)家基普-索恩(Kip Thorne)表示，如果這臺設(shè)施最終一無所獲，那么他將會“非常吃驚”。面對媒體，他信心滿滿地表示：“我們已經(jīng)在那里了。我們已經(jīng)進入球場，很顯然我們很快就會開球。”
引力波是一種由愛因斯坦廣義相對論所預(yù)言的現(xiàn)象。它表示的是當(dāng)物質(zhì)受到加速時產(chǎn)生的時空扭曲。但這種效應(yīng)極其微弱，因此只有宇宙中發(fā)生的最為劇烈，規(guī)模最為巨大的事件才有可能在地球上最精密的測量設(shè)備中留下信號。
在LIGO設(shè)施運行期間，超級計算機將不間斷對海量數(shù)據(jù)進行分析篩選，從中搜尋任何符合模型預(yù)期的信號模式
這樣的宇宙災(zāi)難性事件可能包括黑洞或中子星之間的合并，或者在一些運氣比較好的情況下，可能也包括大質(zhì)量恒星的爆炸事件(超新星)。而這里所采用的技術(shù)便是激光干涉。
設(shè)在美國兩處地點的LIGO實驗室工作原理完全一致——將一束光一分為二，并使其分別沿著一條長4公里的真空管道傳播。在此期間這一光束將被鏡面反復(fù)反射，并最終回到出發(fā)位置并重新合二為一，隨后這束光將抵達探測器。
如果在此期間由引力波穿過設(shè)施，那么這束激光應(yīng)當(dāng)會顯示出極其輕微的擾動——它將會受到極其輕微的拉伸或壓縮。而先進LIGO項目將能夠檢測出相當(dāng)于一個質(zhì)子直徑千分之一尺度上的長度變化。
另外，這臺超級設(shè)施靈敏度最高的波段頻率大約是在100赫茲左右，從聽覺角度來說大約就處在人類耳朵能夠聽到的最低頻率附近。也正是出于這一原因，對于引力波的探測常常會被形容為是“聆聽宇宙的聲音”。
美國加州理工學(xué)院是該項目的主要參與方，來自該機構(gòu)的杰米-羅林斯(Jamie Rollins )表示：“這些探測器就有點像是我們在聆聽宇宙之音時所用的麥克風(fēng)。就像在此之前我們在宇宙之聲面前一直是聾的，而現(xiàn)在我們開啟這臺設(shè)備，我們打開了我們的耳朵開始傾聽。”
L形的LIGO設(shè)施外觀
LIGO項目最初于2002年開始啟動搜尋引力波的工作。隨后在2010年被關(guān)閉并開始了耗資約2億美元的技術(shù)升級改造。此次技術(shù)升級進一步降低了設(shè)施的“噪聲”水平，從而能夠更加精確的識別真實信號。
該項目具有廣泛的國際參與度，有很多國家的科研人員參與了項目的研制與運行。如英國科學(xué)家參與了LIGO設(shè)施內(nèi)大量鏡面設(shè)備的研制與維護。
英國格拉斯哥大學(xué)的謝拉-洛萬(Sheila Rowan)表示：“所有鏡面都必須確保處于超安靜狀態(tài)，從而確保它們不會受到任何外界干擾，如此才能排除所有可能性而檢測出引力波產(chǎn)生的微弱影響。”在技術(shù)升級之后，整個設(shè)施在正式啟動之前先經(jīng)過了數(shù)周的工程試運行，隨后在國際標(biāo)準(zhǔn)時(GMT)上周五15：00(北京時間周五23：00)進入正式科學(xué)探測模式。
和所有其他設(shè)備一樣，LIGO設(shè)施也需要通過階段性的技術(shù)升級來提升其探測靈敏度。此次技術(shù)升級將讓LIGO設(shè)施的探測靈敏度提升10倍，兒經(jīng)過進一步調(diào)整，在這個10年結(jié)束的時候其靈敏度還將能夠提升3倍。
兩座LIGO實驗室之一的美國漢福德LIGO實驗室首席科學(xué)家維恩-山德伯格(Vern Sandberg)表示：“我個人最喜歡LIGO項目的一點就是它幾乎用盡了整個物理學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)和知識，從最為艱深的固體物理與表面物理，到激光，電子，量子力學(xué)等等，所有的物理學(xué)分支領(lǐng)域。”他說：“在這個領(lǐng)域工作令人愉悅，但同時它也可能令人沮喪。運氣好的話，我們再過幾個月就能知道結(jié)果究竟如何。”
現(xiàn)在，科學(xué)家們能做的就是耐心等待宇宙的回應(yīng)，等待一次重大的宇宙事件——或許是兩個黑洞相互合并，也或者是一次猛烈的超新星爆發(fā)。
在LIGO設(shè)施運行期間，超級計算機將不間斷對海量數(shù)據(jù)進行分析篩選，從中搜尋任何符合模型預(yù)期的信號模式，而那些完全意料之外的信號同樣值得引起科學(xué)家們的密切關(guān)注。
基普-索恩指出：“首次記錄到引力波從來就不是建造LIGO設(shè)施的最大動機。”他說：“最大的動機是我們想要打開通向宇宙的一扇嶄新窗戶，想要看一看我常說的‘扭曲的宇宙’，這是我們此前從未得見的，觀察那些完全或部分由于時空扭曲而產(chǎn)生的結(jié)果或現(xiàn)象。當(dāng)我們真的得到一些結(jié)果時，那可真是美妙極了！”(晨風(fēng))
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