Зеркало LIGO охладили настолько, что оно перестало двигаться

Ученые охладили одно из зеркал детектора гравитационных волн LIGO до такой степени, что оно перестало совершать случайные движения. Благодаря этому наблюдения за колебаниями пространства – времени станут гораздо точнее, пишут исследователи в научном журнале Science.

Детектор LIGO в 2015 году подтвердил существование предсказанных Альбертом Эйнштейном гравитационных волн. Он представляет собой гигантский оптический интерферометр – устройство, которое может отслеживать малейшие смещения в положенит двух зеркал, которые максимально изолированы от окружающей среды. Для этого фотосенсоры непрерывно наблюдают за изменением рисунка, который возникает в результате взаимодействия двух лазерных лучей, отраженных от поверхности этих зеркал.

LIGO ежегодно фиксирует десятки гравитационных волн, каждая из которых меняет положение зеркал на значения, сопоставимые с размерами протона. Сейчас участники проекта увеличивают чувствительность установки: улучшают характеристики самих зеркал, лазеров, которые их подсвечивают и других компонентов детекторов, а также работают над тем, чтобы уменьшить количество помех.

По словам доцента Массачусетского технологического института Вивишека Судхира, одним из самых значимых источников подобных помех служат случайные изменения в положении зеркал, связанные с взаимодействиями и перемещениями их атомов в пространстве. Как правило, от этих сдвигов можно избавиться, если охладить изучаемый объект до температуры, близкой к абсолютному нулю, и перевести его в самое низкое квантовое состояние.

Для отдельных атомов и облаков из ионов достичь этого достаточно легко, однако более крупные объекты, видимые человеческому глазу, охладить подобным образом ученые не могли – до недавнего времени. Судхир с коллегами решили эту задачу, воспользовавшись тем, что LIGO позволяет очень точно измерять положение зеркал.

Работу установки ученые настроили так, чтобы она фиксировала малейшие сдвиги одного из двух зеркал и автоматически пыталась их подавить с помощью электромагнитов, прикрепленных к обратной стороне отражающей поверхности. В результате зеркало охладилось до 77 нанокельвинов (–273,15 °С) и стало практически полностью неподвижным.

По словам физиков, эта температура сопоставима с тем, насколько сильно физики охлаждают облака атомов, переводя их в самое низкое квантовое состояние. В теории благодаря этому можно будет не только увеличить точность работы LIGO, но и провести множество экспериментов по изучению проявлений квантовой физики в макромире.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал