|
Детекторы Вебера
Детекторы Вебера представляют собой алюминиевые цилиндры массой порядка тонны; они могут колебаться в основном в продольном направлении, при этом смещение, происходящее вдоль оси, максимально на торцах. Цилиндр подвешен в вакууме в средней плоскости, где расположены пьезоэлектрические датчики.
Резонансная частота цилиндра составляет примерно 1600 Гц, а добротность — около 500 000 (другими словами, одно колебание гасится за 500 000 периодов). Поведение основного типа колебаний такое же, как у гармонического осциллятора с небольшим затуханием. Из статистической механики мы знаем, что такой осциллятор возбуждается, кроме других шумов, также неустранимым воздействием теплового характера. При комнатной температуре среднее квадратичное смещение, вызванное тепловым шумом, составляет примерно 1,4 -10~14 см.
Действительно, удивляет, что Вебер смог устранить любой другой источник шума и обнаружить отклики на возбуждения, даже меньшие этой величины.
Рисунок, заимствованный из работы Вебера, показывает, что тепловые колебания нерегулярны и обладают большими флюктуациями, даже в несколько раз превышающими указанное выше среднее значение. Следовательно, хотя сигнал и является интенсивным, его невозможно отличить от пика теплового характера. Поэтому необходимо использовать одновременно несколько детекторов. Тепловые колебания следуют одно за другим совершенно случайно, тогда как гравитационные сигналы поступают практически в одно и то же мгновение на два различных детектора (не очень отдаленных один от другого); наблюдение совпадений означает, что зафиксирован гравитационный сигнал. Естественно, что для исключения случайных совпадений теплового происхождения необходимо иметь хорошее временное разрешение.
В 1969 г. научный мир пришел в сильное волнение, когда Вебер объявил о регистрации нескольких совпадений неслучайного характера. Однако сразу же многими было отмечено, что, если эти совпадения истолковывать как гравитационные импульсы, порожденные взрывами галактических сверхновых, очень трудно объяснить их интенсивность и частоту на основе элементарных астрономических соображений. Во всяком случае многие группы исследователей тут же вступили на путь Вебера и построили другие детекторы для обнаружения гравитационных волн, аналогичные веберовским; один из них в течение некоторого времени работал в Европейском институте космических исследований во Фраскати (Италия). Результаты Вебера нигде не были повторены; еще и сегодня не ясно, чему обязаны наблюдавшиеся совпадения.
В настоящее время начато сооружение детекторов второго поколения, также основанных на пионерской работе Вебера, но содержавших значительные улучшения. Важным улучшением является уменьшение температуры до температуры жидкого гелия и более низкой (до нескольких градусов абсолютного нуля); это дает возможность устранить кабель подвески цилиндра (масса парит в люльке, образованной сверхпроводящими катушками). Наиболее трудная проблема, однако, — создание более чувствительных преобразователей напряжения или смещения; с этой целью все еще разрабатываются тончайшие методы. Другим вариантом является применение в лаборатории профессора Брагинского в Московском университете крупных цилиндров из сапфира в качестве резонаторов; они состоят из единственного кристалла и характеризуются очень высокой добротностью (Брагинский получил добротность, равную пяти миллиардам, и это, конечно, не верхний предел).
В Италии в Физическом институте Римского университета и в Лаборатории космической плазмы во Фраскати осуществляется обширная программа исследований по созданию гравитационных детекторов второго поколения. Эта программа основана на сотрудничестве с лабораторией профессора У. Фэйрбэнка (Fairbank) из Стэнфордского университета (Калифорния) и с физическим факультетом университета Луизианы (Батон Руж) (рис. 19).
Проблема обнаружения гравитационных волн представляет собой неслыханный вызов изобретательности экспериментаторов и, конечно, не может рассматриваться как программа с близким прицелом. Если она будет решена, возникнет новый раздел астрономии, который вместе с оптической, радио-, инфракрасной, рентгеновской и гамма-астрономией даст ценнейшие сведения о сколлапсировавших небесных телах и о самой природе гравитации.
Б. Бертотти. Опыты по гравитации - последние достижения.
Источник: Наука и человечество. 1979. Международный ежегодник. - М.: Знание, 1979. c.197.
