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激光干涉仪引力波探测器中的光学技术进展

1引言目前,世界上所有激光干涉仪引力波探测天线都采用迈克尔逊干涉仪.因为迈克尔逊干涉仪的几何布局最适合探测线性平面波引力辐射的偏振模式.最早探索用干涉仪探测引力波的当属前苏联学者G e r t s e n s h t e i n和P u s t o v o i l.1 9 6 0年G e r t s e n s h t e i n[1]研究了引力波与光波的共振特性,并提出了原型干涉仪探测的想法.1 9 6 7年美国麻省理工学院(M a s s a c h u-S e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,M I T)的W e i s s[2]利用军方资助建造了一台初始光学干涉仪.2 0世纪7 0年代,F o r w a r d与同事在H u g h e s实验室建造了非悬挂镜的桌上型激光干涉仪;之后,W e i s s在M I T、B i l l i n g在德国的G a...  (本文共15页) 阅读全文>>

《现代物理知识》2016年05期
现代物理知识

引力波的昨天、今天和明天

一、引力波的历史1.引力波的理论预言及其特性赫维赛德基于引力和电磁力都是平方反比力以及电磁波的物理特性早在1893年就提出了引力波的概念。庞加莱于1905年进一步指出了引力波以光速传播。1915年年底爱因斯坦给出了引力场所满足的相对论场方程—爱因斯坦场方程,并且于1916年对爱因斯坦场方程在平直时空背景下做线性近似,推导出了引力波所满足的波动方程及引力辐射的四极矩公式,从而预言了引力波的存在及引力波以光速传播。遗憾的是爱因斯坦在1916年的推导中犯了一个错误,从而错误地预言引力波存在三个自由度,即三个偏振方向。一年半之后的1918年爱因斯坦纠正了这个错误,正确地指出引力波只有两个独立自由度,即两个偏振方向(属于横波),并计算了引力波辐射的能量。和经典电磁辐射是由电荷加速运动所产生的机制类似,爱因斯坦的四极矩公式告诉我们加速运动的物体会产生引力波。如果一个系统的质量分布不对称地运动,那么时空变形就会以波纹的形式向外传播,这就是引力...  (本文共4页) 阅读全文>>

《中国科学:物理学 力学 天文学》2017年01期
中国科学:物理学 力学 天文学

激光干涉引力波探测专题·编者按

引力波是广义相对论最重要的预言.引力波不被屏蔽,具有极强的穿透性,它可带来借助其他方法无法得到的,关于黑洞、致密星、星系核等的大量信息;它把对宇宙的观测推向暴涨阶段;它是在极高精度范围内检验广义相对论的探针.它还将在揭示引力场量子行为中起到不可或缺的重要作用.爱因斯坦在建立广义相对论后,很快就于1 9 1 6年提出了引力波的概念.然而,就连爱因斯坦本人也曾怀疑引力波能否被人类探测到.在经历了4 0多年的争论后才确认,引力波能够脱离源、携带能量在真空中传播,从而开启了引力波探测的大幕.引力波因其产生过程不同具有非常宽广的频谱.对于不同波段的引力波,探测方法截然不同.直接探测引力波的探测器主要分为谐振型和干涉型两大类.前者依靠引力波与天线的本征频率共振达到较高灵敏度,韦伯棒就是这类天线的佼佼者,虽然这类探测器的灵敏度能够达到1 0–2 0–1 0–2 2,但终因其工作频率只限于本征频率附近的一个很窄的频率范围内,故被淘汰.后者通过测...  (本文共2页) 阅读全文>>

《中国科学:物理学 力学 天文学》2017年01期
中国科学:物理学 力学 天文学

引力波探测器联网的定位能力

1引言引力波是爱因斯坦广义相对论最重要的预言之一[1,2],2015年9月14日LIGO首次直接探测到引力波,该信号源自一次双黑洞并合事件.两个黑洞的初始质量分别为36-4+5M⊙和29-4+4M⊙,并合后的黑洞质量为62-4+4M⊙,其中3.0-0+0..55M⊙c2的能量以引力波形式辐射出去,该信号在探测器上的响应敏感频段为35–250 Hz,引力波应变峰值是1.0×10-21[3].自此终于拉开了引力波天文学时代的序幕[4,5].目前,世界上主要的引力波探测器有位于美国的两台LIGO(Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory)1)探测器和位于意大利的Virgo2)探测器,它们已经投入使用并完成了多次科学运行,现在LIGO最先完成升级并成功运行,人类首次直接探测到的引力波信号GW150914就是由升级后的两台LIGO探测器(Advanced LIGO)在试运行阶段...  (本文共15页) 阅读全文>>

《科学新闻》2017年06期
科学新闻

《追踪引力波:寻找时空的涟漪》

出版社:Dunod出版时间:2015年6月内容简介本书以浅显易懂的物理学和天文学知识为起点,详细讲述了引力的奥秘,阐释了引力波及其发现对物理学和天文学发展的深刻意义,介绍了在全球范围内,人们为探索引力波而创造的全新尖端技术。作者Pierre Binétruy是法国物理学家以及巴黎狄德罗大学的物理学教授,其研究领域涉及高能物理学、宇宙引力、暗物质、宇宙膨胀模型和宇宙微波背景辐射。同时他也是欧洲航天局e LISA探测器和“普朗克”卫...  (本文共1页) 阅读全文>>

《太空探索》2017年08期
太空探索

众眼看宇宙

著名的梅西耶天体M89,是个看似简单的椭圆星系,但周围却环绕着暗淡的气壳和气体云柱。这些气壳的成因目前还不明,但可能和这个星系在过去数十亿年之中,吞食难以数计的小星系时遗留的潮汐尾有关。另一个可能的成因是,这些星系和另一个大星系互撞,所激发的引力波,就像池塘里的涟漪般。不论确认的成因为何,这幅影像突显了几个逐渐被大家所接受的事实:至少有部分椭圆星系是形成于不久前,此外,大多数大星系的外晕并不平滑,而是拥有经常与小星系交互作用或吸积小星系所形成的复杂结构。在银河系最明亮的区域之一,有个拥有许多奇怪天体的星云——NGC3372,又称为船底座大星云,是许多大质量恒星和变形星云的家园。影像中右方最明亮的天体名称为锁孔星云,即NGC 3324,它内部除了有数颗大质量恒星之外,自身的外貌也在发生改变。此图所呈现的完整船底座大星云,位于南天的船底座方向,跨幅超过300光年,距离约为7500光年。此星云内最活跃的恒星海山二,曾经是天空中最明亮的...  (本文共2页) 阅读全文>>