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爱因斯坦著名的时空“引力波”预言何时能验证?

2017-09-09  点击:次  故事屋

汉福德核设施的一些地方是地球上污染最严重的地点之一,其地下储罐内装有含钚、铀、碱和酸的废弃物。有笑话说,这个核设施周围游荡的兔子都具有放射性。不过,对于LIGO来说,最大问题是颠簸在240号高速公路上的18轮清运卡车。迈克·兰德里(Mike Landry)说:“这会对地面产生很强的低频撞击。”

空气和大地的振荡都是有可能让LIGO“失锁”的噪音。兰德里常常会提到“失锁”这个词,他是一位体魄强健但说话轻声细语的加拿大物理学家,自2000年来到汉福德就从未离开。在为第一代LIGO工作了10年之后,他目前正负责监督对LIGO的升级工作,计划在2014年底完工。和在LIGO工作的几乎所有人一样,他每天都在和噪声打交道。

为了提高探测器的灵敏度,光要沿着干涉臂被多次地来回反射。在升级后的“高级 LIGO”中,光要被反射100次,这样可以使得4千米的臂长等效成400千米。为了做到这一点,反射镜必须严格保持静止。

然而,这在现实世界中是不可能做到的。问题始于地球不断的地震。再就是月球的轨道运动对地表造成的扭曲。每过12个小时,它便会使得LIGO的臂长变化约十分之一个毫米——看似是个微小的量,但与经过此地的引力波所能产生的效应而言,却显得极为巨大。不过,这一噪声源至少是可预测的,通过连续调节注入干涉仪的激光频率以及反射镜之间的距离,便可以补偿潮汐的影响。

LIGO的反射镜需要一系列复杂的装置以隔绝来自外界的吵闹噪声。

反射镜本身用粗线差不多1毫米的石英玻璃线悬挂起来,以此来尽可能地隔绝来自地面的干扰。此外,叠加起来的叶片弹簧和摆锤则有助于过滤掉高频噪声。伺服电机会俯仰、转动和偏转这个5吨重的装置,以抵御低频的地面振动。这是从利文斯顿LIGO早期运转中获得的深刻教训,周围森林中伐木场里正在工作的重型机械发出的低频声浪会产生持续且不可预言的噪声。兰德里说:“一些倒下的树木还会产生连续刺耳的噪声。”

他列了一份长长的意料之外的刺激性噪声的清单。汉福德LIGO中出现的神秘而不规则的多普勒频移声学噪声,与大约20千米以外里奇兰机场飞机的起降时间相吻合。另外,每年春季每过几晚就会有一个神秘的噪声突然增强然后又慢慢退去——这是附近的水坝释放冰雪融水而产生的隆隆声。有时候,噪声的来源既非来自本地,也不无明显特征。“LIGO在运转的时候,我们看到过北海(北大西洋部分海域)上的风暴,”桑德伯格说,“当这些风暴在西雅图沿岸登陆时,我们可以准确无误地看到它们。”

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