GEO600 - GEO600

GEO600
2015 GEO 600.jpg
Konum(lar) Sarstedt , Hildesheim , Aşağı Saksonya , Almanya
koordinatlar 52°14′49″K 9°48′30″D / 52.2469°K 9.8083°D / 52.2469; 9.8083 Koordinatlar: 52°14′49″K 9°48′30″E / 52.2469°K 9.8083°D / 52.2469; 9.8083 Bunu Vikiveri'de düzenleyin
organizasyon LIGO Bilimsel İşbirliği Bunu Vikiveri'de düzenleyin
dalga boyu 43 km (7.0 kHz)–10.000 km (30 Hz)
İnşa edilmiş Eylül' '1995– ( Eylül' '1995– ) Bunu Vikiveri'de düzenleyin
teleskop stili yerçekimi dalgası gözlemevi
Michelson interferometresi Bunu Vikiveri'de düzenleyin
Çap 600 m (1.968 ft 6 inç) Bunu Vikiveri'de düzenleyin
İnternet sitesi www .geo600 .org Bunu Vikiveri'de düzenleyin
GEO600'nın Almanya'da bulunduğu yer
GEO600
GEO600'ün yeri
Commons sayfası Wikimedia Commons ile ilgili medya
[ Wikidata'da düzenle ]

GEO600 bir olan yerçekimi dalga dedektörü yakınında bulunan Sarstedt Güney Hanover , Almanya. Bu tasarlanmış ve işletilen gelen bilim adamları tarafından bir Yerçekimi Fizik Max Planck Enstitüsü , Kuantum Optik Max Planck Enstitüsü'nde ve Leibniz Universität Hannover , birlikte Glasgow Üniversitesi , Birmingham Üniversitesi ve Cardiff Üniversitesi'nden Birleşik Krallık'ta ve tarafından finanse edilmektedir Max Planck Derneği ve Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC). GEO600, 50 Hz ila 1.5 kHz frekans aralığında yerçekimi dalgalarını tespit etme yeteneğine sahiptir ve dünya çapında bir yerçekimi dalgası dedektörleri ağının parçasıdır. Bu cihaz ve kardeşi interferometrik dedektörler, çalışırken, şimdiye kadar tasarlanmış en hassas yerçekimi dalgası dedektörlerinden bazılarıdır. Güneş'ten Dünya'ya olan mesafeye kıyasla yaklaşık olarak tek bir atomun boyutu olan 10 -21 mertebesindeki nispi değişiklikleri tespit etmek için tasarlanmıştır . Projede inşaat 1995 yılında başladı.

Tarih

1970'lerde, biri Almanya'da Heinz Billing ve diğeri İngiltere'de Ronald Drever tarafından yönetilen Avrupa'daki iki grup, lazer-interferometrik kütleçekimsel dalga tespiti üzerine araştırmalar başlattı. 1975'te Münih'teki Max Planck Astrofizik Enstitüsü , 3 m kol uzunluğunda bir prototiple başladı ve daha sonra (1983), Garching'deki Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü'nde (MPQ), 30 m kol uzunluğunda bir prototipe yol açtı. 1977'de Glasgow Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü benzer araştırmalara başladı ve 1980'de 10 m'lik bir prototipin işletimine başladı.

1985'te Garching grubu, 3 km (2 mil) kol uzunluğuna sahip büyük bir dedektörün inşasını önerdi, İngiliz grubu 1986'da eşdeğer bir proje. İki grup çabalarını 1989'da birleştirdi - GEO projesi Harz dağlarıyla doğdu ( Kuzey Almanya) ideal bir yer olarak kabul edildi. Ancak mali sorunlar nedeniyle proje finanse edilmedi. Böylece 1994'te daha küçük bir dedektör önerildi: GEO600, 600 m uzunluğunda kollarıyla Hannover yakınlarındaki ovalarda inşa edilecek. Bu İngiliz-Alman yerçekimi dalgası dedektörünün yapımına Eylül 1995'te başlandı.

2001 yılında Potsdam'daki Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü (Albert Einstein Enstitüsü, AEI) MPQ'nun Hannover şubesini devraldı ve 2002'den beri dedektör, AEI ve Leibniz Universität Hannover'ın ortak bir Yerçekimi Fiziği Merkezi tarafından işletiliyor. Glasgow ve Cardiff üniversiteleri. 2002'den beri GEO600, LIGO dedektörleriyle tesadüfen birkaç veri çalışmasına katıldı. 2006 yılında GEO600 tasarım hassasiyetine ulaştı ancak şu ana kadar herhangi bir sinyal algılanmadı. Bir sonraki hedef, kalan gürültüyü 2016 yılına kadar yaklaşık 10 kat daha azaltmaktır.

Donanım

GEO600, bir Michelson interferometresidir . Etkin optik kol uzunluğu 1200 m olacak şekilde lazer ışınının iki kez geçtiği 600 metre uzunluğunda iki koldan oluşur. Başlıca optik bileşenler, ultra yüksek vakum sisteminde bulunur. Basınç 10 -8 mbar aralığındadır .

Süspansiyonlar ve sismik izolasyon

Hassas ölçümler için optikler, yer hareketinden ve çevreden gelen diğer etkilerden izole edilmelidir. Bu nedenle, tüm yer tabanlı interferometrik yerçekimi dalgası dedektörleri, aynalarını çok aşamalı sarkaçlar olarak askıya alır. Sarkaç rezonans frekansının üzerindeki frekanslar için sarkaçlar, titreşimlere karşı iyi bir izolasyon sağlar. GEO600'ün tüm ana optikleri, aynaları yatay düzlemdeki titreşimlerden izole etmek için üçlü sarkaç olarak asılır. En üstteki ve ara kütle, dikey harekete karşı izolasyon sağlayan konsol yaylara asılır. En üstteki kütlede sarkaçları aktif olarak sönümlemek için kullanılan altı bobin-mıknatıs aktüatör bulunur. Ayrıca, tüm süspansiyon kafesi piezo kristalleri üzerine oturur. Kristaller 'aktif sismik izolasyon sistemi' için kullanılır. Tüm süspansiyonu yer hareketinin tersi yönünde hareket ettirir, böylece yer hareketi iptal edilir.

Optik

GEO600'ün ana aynaları, 18 cm çapında ve 10 cm yüksekliğinde erimiş silika silindirlerdir. Işın ayırıcı (26 cm çapında ve 8 cm kalınlığında) yüksek güç yolundaki tek aktarıcı optik parçadır, bu nedenle özel dereceli erimiş silikadan yapılmıştır. Absorpsiyonunun 0.25 ppm/cm'den küçük olduğu ölçülmüştür.

ileri

GEO600, yeni nesil yer tabanlı yerçekimi dalgası dedektörlerinde kullanılması planlanan birçok gelişmiş teknik ve donanımı kullanır:

  • Monolitik süspansiyonlar: Aynalar sarkaç olarak asılır. İkincil aynalar için çelik teller kullanılırken, GEO'nun ana aynaları sözde 'monolitik' süspansiyonlardan sarkıyor. Bu, tellerin ayna ile aynı malzemeden yapıldığı anlamına gelir: erimiş silika. Bunun nedeni, erimiş silikanın daha az mekanik kayba sahip olması ve kayıpların gürültüye yol açmasıdır.
  • Elektrostatik tahrikler: Aynaları konumlarında tutmak ve hizalamak için aktüatörlere ihtiyaç vardır. GEO600'ün ikincil aynaları, bu amaçla kendilerine yapıştırılmış mıknatıslara sahiptir. Daha sonra bobinler tarafından hareket ettirilebilirler. Mıknatısların aynalara yapıştırılması mekanik kayıpları artıracağından, GEO600'ün ana aynaları elektrostatik sürücüler (ESD'ler) kullanır. ESD'ler, aynanın arka tarafında tarak benzeri bir elektrot yapısıdır. Elektrotlara bir voltaj uygulanırsa, homojen olmayan bir elektrik alanı üretirler. Ayna bu alanda bir kuvvet hissedecektir.
  • Termal ayna çalıştırma sistemi: Uzak doğu aynasında bir ısıtıcı sistemi oturmaktadır. Isıtıldığında, aynada bir termal gradyan belirir ve termal genleşme nedeniyle aynanın eğrilik yarıçapı değişir. Isıtıcılar, aynanın eğrilik yarıçapının termal olarak ayarlanmasını sağlar.
  • Sinyal geri dönüşümü: Girişimölçerin çıkışındaki ek bir ayna, uç aynalarla birlikte bir rezonans boşluğu oluşturur ve böylece potansiyel bir sinyali arttırır.
  • Homodin algılama ('DC okuma' olarak da adlandırılır)
  • Çıkış Modu Temizleyici (OMC): Fotodiyotun önündeki interferometre çıkışında ek bir boşluk. Amacı, potansiyel olarak bir yerçekimi dalgası sinyali taşımayan ışığı filtrelemektir.
  • Sıkma : Sıkıştırılmış vakum , ışın ayırıcının karanlık portuna enjekte edilir. Sıkma kullanımı, GEO600'ün hassasiyetini 700 Hz'nin üzerinde 1,5 faktörü ile iyileştirebilir.

Diğer projelerden bir başka fark da, GEO600'ün kol boşluğuna sahip olmamasıdır.

Hassasiyet ve ölçümler

Yerçekimi dalgası geriliminin duyarlılığı genellikle genlik spektral yoğunluğu (ASD) ile ölçülür. Bu birimde GEO600 zirve duyarlılığı 2 x 10 -22 1 / √ Hz 600 Hz'de. Yüksek frekanslarda hassasiyet, mevcut lazer gücü ile sınırlıdır. Düşük frekans ucunda, GEO600'ün duyarlılığı sismik yer hareketi ile sınırlıdır.

LIGO ile ortak bilim koşusu

Kasım 2005'te, LIGO ve GEO aletlerinin genişletilmiş bir ortak bilim çalışmasına başladığı açıklandı . Üç enstrüman (LIGO'nun enstrümanları Livingston , Louisiana yakınlarında ve ABD'de Hanford Sitesi , Washington'da bulunmaktadır) bir yıldan fazla bir süre boyunca, ayarlama ve güncellemeler için ara verilerek veri topladı. Bu, GEO600'ün beşinci bilim çalışmasıydı. Önceki çalıştırmalarda hiçbir sinyal algılanmadı.

Yerçekimsel dalgaların ilk gözlem , 14 Eylül 2015 tarihinde tarafından açıklandı LIGO ve interferometre Başak Ancak 11 Şubat 2016 tarihinde işbirlikleri, Başak interferometresi İtalya'da anda çalışan değildi ve GEO600 mühendislik modunda ve hassas yeterli değildir ve bu nedenle sinyali onaylayamadı. GEO600, 18 Eylül 2015'te Advanced LIGO ile aynı anda veri almaya başladı.

Uzay-zamanın holografik özelliklerine ilişkin iddialar

15 Ocak 2009'da New Scientist'te , GEO600 dedektör ölçümlerinde bulunan henüz tanımlanamayan bazı gürültünün, cihazın dedektör parçalarının konumlarını etkileyen uzay-zamanın son derece küçük kuantum dalgalanmalarına duyarlı olmasından kaynaklanabileceği bildirildi. Bu iddia, Fermilab'dan bir bilim adamı olan Craig Hogan tarafından, holografik ilke tarafından motive edilen bu tür dalgalanmaların nasıl meydana gelmesi gerektiğine dair kendi teorisine dayanarak yapıldı .

New Scientist Hogan sonradan Haziran 2008'de GEO600 işbirliğine "holografik gürültü" yaptığı tahmini göndermiş ve bu hikaye devletler "benim tahmin tam olarak aynı görünüyordu" aşırı gürültünün bir arsa aldı. Ancak, Hogan o zamandan önce deneyin aşırı gürültü bulduğunu biliyordu. Hogan'ın Physical Review D' de Mayıs 2008'de yayınlanan makalesinde şöyle deniyor: "GEO600'de öngörülen holografik gürültü ile başka türlü açıklanamayan gürültünün yaklaşık uyumu, daha fazla çalışmayı motive ediyor." Hogan, GEO600 işbirliğinden "orta bant 'gizemli' gürültüden" ve gürültü spektrumlarının çizildiği yerden bahseden 2007 tarihli bir konuşmadan alıntı yapıyor. Benzer bir açıklama, Ekim 2007'de sunulan ve Mayıs 2008'de yayınlanan bir GEO600 belgesinde ("100 Hz ve 500 Hz arasındaki bölgede, tüm gürültü projeksiyonlarının korelasyonsuz toplamı ile gözlemlenen gerçek hassasiyet arasında bir tutarsızlık bulundu.") yapıldı.

Yerçekimi dalgası dedektörlerinin daha sonra ortadan kaldırılan aşırı gürültüyü bulması çok yaygın bir durumdur. GEO600 baş araştırmacısı Karsten Danzmann'a göre, "Bu deneylerin hassasiyetini artırmaya yönelik günlük iş, her zaman biraz fazla gürültü çıkarır (...). Nedenini belirlemek, ondan kurtulmak ve bir sonraki parazit kaynağının üstesinden gelmek için çalışıyoruz. aşırı gürültü." Ek olarak, interferometrideki holografik gürültü seviyesinin bazı yeni tahminleri, Hogan'ın iddia ettiğinden büyüklük olarak çok daha küçük olması gerektiğini gösteriyor.

Veri/ Einstein@home

Yalnızca ana fotodiyotun çıkışı değil, aynı zamanda yardımcı lazer ışınlarını, mikrofonları, sismometreleri, ivmeölçerleri, manyetometreleri ve tüm kontrol devrelerinin performansını ölçen fotodiyotlar gibi bir dizi ikincil sensörün çıkışı da kaydedilir. Bu ikincil sensörler, tanı için ve interferometre çıkışı üzerindeki çevresel etkileri tespit etmek için önemlidir. Veri akışı kısmen , gönüllülerin bilgisayarlarında çalıştırabilecekleri dağıtılmış bilgi işlem projesi ' Einstein@home ' tarafından analiz edilir .

Eylül 2011'den itibaren hem VIRGO hem de LIGO dedektörleri yükseltmeler için kapatıldı ve GEO600'ü yerçekimi dalgalarını arayan tek çalışan büyük ölçekli lazer interferometre olarak bıraktı. Daha sonra, Eylül 2015'te, gelişmiş LIGO dedektörleri çevrimiçi hale geldi ve bazı kaynak sınıfları (örn. daha düşük ses frekanslarında en yüksek radyasyonu olan daha büyük sistemler için daha fazla hassasiyet. Bu gelişmiş LIGO dedektörleri , sözcü olarak Gabriela González ile LIGO Bilimsel İşbirliği kapsamında geliştirildi . 2019 yılına kadar, yeni gelişmiş LIGO dedektörlerinin hassasiyeti, orijinal LIGO dedektörlerinden en az 10 kat daha fazla olmalıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar