探测器的灵敏(新探测器“听见”更多引力波)

Posted 2023-05-27

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欧洲爱因斯坦望远镜概念图 图片来源：ET概念设计团队

5年前，当物理学家首次探测到引力波时，他们为宇宙打开了一扇新的窗户。现在，研究人员已在计划研制更大、更灵敏的探测器。而且，美欧之间的竞争初露端倪，美国科学家提出建造更大的探测器，欧洲研究人员则追求更激进的设计。

“目前，我们只捕捉到最罕见、最‘响亮’的引力波事件，但宇宙中还有更多声音。”美国加州州立大学天体物理学家Jocelyn Read说。

目前的探测器都是L形仪器，称为干涉仪。镜子悬挂于干涉仪每条臂的两端，激光在镜子之间反射，有些光线会漏出来，在L形臂弯处会合。在那里，光的干涉方式取决于臂的相对长度。引力波会使臂的相关数值产生不同程度的变化，物理学家可以通过监测发现它。

因此，为了探测空间的微小拉伸，干涉仪的臂必须很长。发现第一个引力波的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）臂长达4公里。位于意大利的Virgo探测器也有3公里长的臂。

现在，研究人员希望拥有灵敏度比现有设备高10倍的探测器。它能发现可观测宇宙中所有的黑洞合并，甚至追溯到第一批恒星出现之前，寻找大爆炸中形成的原始黑洞。它还能发现数百个“千新星”，揭示中子星超密度物质的本质。

美国科学家对新探测器的愿景很简单。“我们只想把它做得非常大。”Read说。他正在帮助设计“宇宙探索者”—— 一个臂长40公里的干涉仪，本质上是放大了9倍的LIGO。他们希望找到一个碗状区域，以便容纳它。

欧洲物理学家设想了一种地下引力波天文台，称为爱因斯坦望远镜（ET）。ET由多个V形干涉仪组成，臂长10公里，排列在深埋地下的等边三角形中。ET可以确定引力波的偏振度，帮助科学家定位其来源，并探测它的基本性质。

ET预计耗资17亿欧元，相关计划正等待审议。美国研究人员希望国家提供6500万美元用于设计工作。总之，物理学家都希望这两台新设备能在30年代中期启用。（唐一尘）

来源：《中国科学报》