脈沖星適合探測頻率約為10-8的引力波,宇宙微波背景輻射更是只能探測約為10-16次方這樣極端低頻的引力波。以上所有這些,就像是工作在不同的電磁波段一樣,共同描繪出完整的引力波的多彩世界。
LIGO的“黑科技”
就算LIGO的臂長對應的引力波頻率跟雙黑洞并合剛好一致,就算干涉原理吊炸天,憑什么LIGO可以測得出千分之一個質子半徑的細微變化?
大陸板塊在移動,大海在拍擊著全球的洋底,大氣呼號著,整個北美大陸的汽車轟鳴著,螞蟻軍團就在隔壁掀起了一場滅國之戰(zhàn)……想要把所有這些噪聲隔離開,專心傾聽來自十幾億光年外、振幅為千分之一質子半徑的波動?
這就好比太平洋上臺風肆虐時,我在上海的岸邊扔了一粒石子,請你在加州海灘上測出它的漣漪。但總的來說我們有這么幾個辦法。
隔離震動
當你把這招用到極致,就是這樣:
左圖是升級改造前的LIGO:反射鏡僅有25厘米直徑,用兩根鋼絲吊起。而右圖中,升級改造后的Advanced-LIGO,使用了遠為復雜的機構,和更大、更重的反射鏡,來最小化反射鏡本身的晃動。
干涉
兩束光,峰谷對應,得到的光峰谷分別加強,總光強更強;峰谷錯位相消,則最后什么光都沒有剩下。
這樣,光強極為靈敏的顯示了兩束光的峰谷之間的細微差距。
功率倍增器
激光越強,干涉產生的圖樣越清晰易測量。為了保證效果,LIGO需要750千瓦的激光功率——但LIGO激光功率其實只有200瓦——為將此功率倍增,LIGO讓入射的激光首先在很多鏡面之間來回反射,并將反射后強度疊加后的光原路輸回原光路,形成所謂“能量循環(huán)”,滿足了LIGO的功率要求。
鏡子
純二氧化硅打造,每300萬個光子入射,只有1個會被吸收。一個字,亮。
真空
LIGO的激光臂全部在真空腔內,其真空腔體積在地球上僅次于LHC(歐洲的大型強子對撞機),氣壓僅為萬億分之一個大氣壓。
反射
有如上所述的強激光、超潔凈的鏡片和真空環(huán)境,LIGO才能無所畏懼的讓激光在4km臂中反射了400次再進行干涉——這極大地增加了LIGO的有效臂長,讓它能以1600km的臂長,探測更低頻的信號,并且得到更顯著的測量結果。
發(fā)布會上,美國人表示“LIGO是世界上最精密的測量儀器”,誠哉。