谢邀。
官网其实有很详细、专门的科普解释。参见:
LIGO Technology不过我知道会有很忙的看官们懒得细看英文,那我简单解释下。
LIGO本质是一个高精度的迈克尔逊干涉仪。设计LIGO的目的,就是为了检测强度极其弱的引力波,测量精度要求到10−1910^{-19}米, 可以说是目前人类造的最灵敏的探测器,没有之一。
爱因斯坦100多年前理论预测引力波的时候,直接说按他总结的广义相对论,引力波这玩意儿太弱,实验应该观测不到。100多年后,我们终于观测到了,但也只能观测到大爆炸、恒星坍缩(Gravitational collapse)、黑洞碰撞等等超级剧烈的天文现象。
但是随便一个开大学物理课的实验室,都会有一个小型迈克尔逊干涉仪,那么为什么LIGO那么牛呢?
几个关键点:1)法布里-珀罗干涉腔,2)高强度激光,3)减震装置, 4) 真空系统,5)数据处理系统。
1) 为了探测超级轻微的扰动,LIGO迈克尔逊干涉仪的两臂越长越好。但是长臂不是你想造,想造就能造。为了绕过工艺上限制,LIGO的设计者们,非常聪明地用两个超级长(4km)的法布里-珀罗干涉腔,获得了等效于1600千米长的光程。
2)LIGO在光源和分光镜之间,设置了所谓的功率循环镜片儿("Power recycling" mirrors),来把入射的200瓦激光,增大了3750倍,变成75万瓦的高强度激光器。这极大地提高了干涉图样的分辨率。
3)精密的减震装置。减震部分又分两大类,主动减震和被动减震。
主动减震部分和噪音消除耳机的原理类似。如下图:
能测量极微弱的扰动是LIGO的长处,也是它的短处。因为LIGO要求对扰动极其敏感,以至于几千里内任何风吹草动,都可能把引力波的信号淹没。主动减震系统,探测周围地面所有频率的振动,然后主动产生一个反向振动,将不是引力波引起的振动过滤掉。
被动减震部分如下图,两套钟摆系统背靠背,大镜子在其中一套上。另一套,反向维持平衡,消除主动减震部分没能完全消掉的振动。另外,每面镜子40公斤重,如此之重,惯性也有利于系统平衡。
4)真空系统。 LIGO 的真空系统压强,是海平面大气压强的一万亿分之一。如此高真空,主要两个原因:1>消除空气分子流动传热。镜片儿可能会受热传递影响而变形,再者,空气温度不均匀,会产生渐变折射率效应,导致光线偏离直线; 2> 消除任何灰尘进入激光腔,造成杂射光的可能。
5)所有的大型实验设备,每天都会产生海量数据。LIGO 每天产生几千GB的新数据,如何存储、分析这些数据而不淹没在过载信息的海洋里,离析出微弱的引力波信号,是数据分析的重点。
版权声明
本文仅代表作者观点,不代表百度立场。
本文系作者授权百度百家发表,未经许可,不得转载。
发表评论