– Считается, что есть два основных подхода к созданию гравитационных детекторов (резонансные твердотельные детекторы и лазерный интерферометр). На каком принципе работают оба вида? Какой из них эффективнее?
– В случае твердотельного детектора проходящая волна сжимает и растягивает «болванку». Растяжения совсем небольшие, поэтому заметить их сложно, особенно учитывая, что болванка и так испытывает колебания, просто потому что имеет ненулевую температуру. Чтобы «шум» не мешал работе приборов, в установке используется криогенная техника. Пока чувствительность таких установок недостаточно высока. Правда, есть интересные проекты, реализация которых может изменить ситуацию.
Если же у нас есть интерферометр, то измеряется расстояние между зеркалами. В таких устройствах на нескольких сотнях метров или даже нескольких километрах друг от друга в трубе с низким давлением подвешены зеркала. Между ними бегает лазерный луч. У интерферометра два «плеча», образующие прямой угол. Гравволна, проходя, смещает зеркала друг относительно друга. Наблюдая интерференционную картинку, мы можем заметь ничтожные изменения расстояния между зеркалами.
Сейчас чувствительность лазерных детекторов намного выше, чем у твердотельных детекторов, и с большой вероятностью в ближайшие лет пять можно рассчитывать на успех.
– Крупнейший и один из самых интересных из готовящихся к запуску детекторов – LISA. Как он устроен?
– LISA – космический проект. Немного упрощая, можно сказать, что гравитационный интерференционный детектор, как и многие другие, работают на длине волны порядка своего размера. Представим, что мы хотим «почувствовать» волну от слияния двух нейтронных звезд. Основной сигнал излучается, когда объекты почти касаются друг друга. Это соответствует масштабу километров в 20. Значит и детекторы должны быть километровыми, что мы и видим на примере LIGO, VIRGO, GEO600. А если мы хотим детектировать сигнал от сливающихся сверхмассивных черных дыр? Они имеют размер порядка астрономической единицы. Поэтому и детектор должен быть таким. На Земле ему места нет. Значит – в космос.
Болванку длиной в десятки миллионов километров не сделать. Значит, делаем лазерный интерферометр. Три спутника образуют треугольник и между ними бегают лазерные лучи. Проходящая волна смещает спутники друг относительно друга, что сказывается на интерференционном сигнале.
– Как вы считаете, действительно ли этот эксперимент увенчается успехом? Ведь замысел настолько сложный, что его осуществление кажется неправдоподобным.
– Да, технологии там не то что сложные, но иногда просто еще не существующие. Собственно поэтому этот (и многие другие) научные эксперименты такие дорогие. Кстати, и «попутная выгода» от реализации многих научных программ связана именно с созданием новых технологий.
Над проектом работают и американское (NASA), и европейское (ESA) космические агентства. Вероятность аварии или какого-то серьезного сбоя в космической технике всегда существует, тем более, когда речь идет не о сороковом запуске хорошо отлаженного агрегата, а о принципиально новом проекте. Но я думаю, что все будет хорошо. Вопрос может стоять только о выходе на плановую чувствительность.
– Наземные детекторы работают уже давно. В чем их специфика? От какого из них можно ждать результатов в первую очередь? Вообще, не утопично ли надеяться «зафиксировать» гравитационные волны на Земле?
– Было бы утопично – люди бы не вкладывали такие средства. LIGO и VIRGO разрабатывались так, чтобы после выхода на окончательную чувствительность зарегистрировать сигнал в течение года с высокой вероятностью. Но тут надо заметить, что прошедшие годы работы были на довольно низкой (хотя и плановой для соответствующего этапа) чувствительности. Если бы слияние нейтронных звезд произошло в относительно близкой галактике, то и LIGO, и VIRGO, и GEO600 зарегистрировали бы всплеск. Если бы в нашей Галактике взорвалась сверхновая, то, может быть, даже твердотельные детекторы дали бы результат (если взрыв сильно асимметричен). Но не повезло. А вот чувствительность advanced LIGO такова, что сигнал должен быть в течение года уже независимо от везения.
–От чего зависит чувствительность этого детектора?
– Чувствительность определяется тем, насколько маленькие изменения расстояний между парами зеркал мы можем заметить, а также способностью выделить «нужное» нам изменение на фоне случайных колебаний, то есть выделить сигнал на фоне шума, а сам шум подавить.
Читать дальше
