mile米乐体育:引力波天文台LIGO严重晋级：未来每小时可勘探到一次黑洞兼并

  未来十年，引力波的观测频率将挨近每小时一次。英国和美国的科研赞助组织于本年2月14日宣告，从2023年开端，激光干涉仪引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO）将进行2015年以来最严重的一次技能晋级。

  美国国家科学基金会（US National Science Foundation）将为Advanced LIGO Plus（ALIGO +）项目供给2040万美元的资金，而英国研讨与立异部分（UK Research and Innovation）则会供给1070万英镑（约合1370万美元）的资金，其他的还有一小部分资金来自澳大利亚。LIGO坐落华盛顿州和路易斯安那州的两个站点的晋级将包含添加一个300米长的高真空光学共振腔（optical cavity），用以发生抱负的激光束LIGO勘探系统的中心。这将有利于科学家们调控激光的量子特性并削减噪声。

  LIGO包含坐落华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的两台L形干涉仪，每台干涉仪有两个长达4公里的臂。它从2002年开端运转至2010年，然后在经过大规模晋级后于2015年从头启动。

  当年9月，LIGO初次勘探到了两个黑洞兼并发生的引力波。迄今为止，它现已观测到了十个黑洞兼并事情，以及两个中子星兼并事情（2Uia2NT）。LIGO一直在进行定时晋级，经过旨在进步其50％的灵敏度的晋级后，行将从头敞开运转。

  但ALIGO +的晋级方案将愈加激动人心。英国格拉斯哥大学的物理学家Ken Strain表明，假如全部按方案进行，LIGO将能发现距离地球325百万秒距离（约10亿光年）范围内发生的中子星兼并事情。Ken领导的一批英国大学估计将取得大部分来自英国赞助组织的经费。比较于ALIGO +晋级之前的规划勘探精度（173百万秒距离），这次的晋级简直将LIGO的勘探精度进步了一倍。

  LIGO现已能发现数十亿秒距离内的黑洞。到2022年，它每天都应能检测到一个这样的事情，而接下来的ALIGO +晋级会将勘探距离缩短至几个小时。

  LIGO前主任Barry Barish在华盛顿哥伦比亚特区举办的新闻发布会上表明，此次晋级不仅仅会进步勘探频率，一起也将进步观测质量。例如，下降噪音将使研讨人员能了解黑洞在兼并之前是怎么自旋的，这将为研讨黑洞的前史供给线索。“它（这些晋级）让你有才能丈量现在测不了的事情。”Barish说。Barish是加州理工学院的物理学家、2017年的诺贝尔物理学奖取得者之一。

  引力波干涉仪的作业原理是不断比较两臂的长度。它们经过在每个臂结尾放置成对的镜子来反射激光束，然后使两个光束会聚在中心点上并堆叠。在没有引力波的情况下，两束光的电磁波振动彼此抵消。可是假如时空遭到引力波搅扰导致臂长发生显着的改变，则激光束不再彼此抵消，这时一个传感器就会开端检测光场。

  在实践中，镜子不能彻底免受热轰动和地震的影响。此外，因为量子物理学的随机性，激光自身会发生噪声。LIGO科学家现已开宣布精细的技能来按捺这些噪声源，还能够从留下的噪声中提取出信号。

  行将完结的LIGO晋级方案包含完成一种被称为紧缩光（squeezed light）的技能，该技能也被用于意大利比萨邻近由法意一起领导的Virgo干涉仪。LIGO的紧缩光系统将削减抵达光传感器的光子数量的动摇，但会增强光束推进镜子的作用。就像不彻底充气的气垫中的空气相同，量子噪声不能被彻底消除，只能转移到其他地方。

  而ALIGO +的首要改善（需求300米长的管道）在于会引进一种被称为“变频紧缩”(frequency-dependent squeezing)的技能。这将使干涉仪能够一起下降镜子上的光压和光子数动摇。其他改善将包含选用具有最先进涂层的新镜子，估计这可将热噪声下降四倍。