物理学家获得NSF资助以继续引力波探测器研究

2023 年 3 月，先进激光干涉仪引力波天文台 (LIGO) 将开始其为期四年的观测期。位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的科学家们在过去两年中一直在进行硬件和软件升级，以提高探测器的灵敏度，使它们能够感知“微弱”的引力波，从而探测到比以往更多的事件。

与此同时，高级 LIGO 团队的成员正在不断改进未来几年的未来观察期。Stefan W. Ballmer是艺术与科学学院的物理学教授，他是帮助设计和建造 LIGO 探测器的团队的成员。

为了继续这项工作，鲍尔默最近获得了 555,000 美元的美国国家科学基金会 (NSF) 拨款，用于开发用于检测光学腔失配的技术和用于下一代探测器悬架的致动器，这是对引力波天体物理学探测器技术的资助更新。

该奖项还为鲍尔默的博士生提供支持，包括目前在汉福德现场的 Elenna Capote，帮助调整探测器对准和控制系统，以确保探测器按设计运行。

“这些探测器是复杂的机器，有数千个控制回路，保持四个主镜和另外 30 个悬挂镜对齐并控制长度以保持光共振，”鲍尔默说。“每次你做出改变，它真的变成了一个必须重新调整的新探测器。”

LIGO 的工作原理

LIGO 使用一对称为干涉仪的巨型激光探测器，位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿，相距 1,900 英里。每个探测器都包含两个 2.5 英里长的真空臂——相互垂直的管子。一束强大的激光束被分成两束并沿着手臂发射。末端的镜子将光反射回激光束分离的位置。由于臂的长度相同，因此光到达每个隧道尽头的镜子并返回时应该花费完全相同的时间。但是如果引力波穿过地球，它会改变镜子之间的距离，导致光束在不同的时间返回。

通过比较两束光束，LIGO 能够测量由引力波引起的时空拉伸，这是 2015 年首次进行的开创性观察，首次物理确认了距离近 13 亿光年的两个黑洞碰撞产生的引力波。

根据鲍尔默的说法，2.5 英里长的手臂中的激光功率越高，科学家们就能更准确地确定手臂的运动。但是目前可以使用的激光功率量受到探测器光学系统缺陷的限制。“从探测器返回的激光的光学相位前沿可能会因镜子中的热效应而变形，”他说。