В поисках лучших детекторов гравитационных волн, ученые ищут холод. Грядущий детектор KAGRA будет искать рябь пространства-времени, задействуя хитроумные технологические трюки: ключевые компоненты будут охлаждаться до температур, которые чуть выше абсолютного нуля, и вся сверхчувствительная установка будет размещена в гигантской подземной пещере.

Ученые проекта KAGRA, расположенного в Камиоке, Япония, недавно получили результаты первых ультрахолодных испытаний. По их словам, детектор будет готов к началу поисков гравитационных волн в конце 2019 года.

KAGRA: японский детектор гравитационных волн

Новый детектор присоединится к подобным обсерваториям в поиске едва заметных космических волнений, вызванных бурными событиями — например, столкновениями черных дыр. Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO поддерживает работу двух детекторов, расположенных в Ханфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Лос-Анджелес. Другая обсерватория — Virgo — расположена рядом с итальянской Пизой. Эти детекторы находятся над землей и не используют методы охлаждения. Выходит, KAGRA будет первым в своем роде.

KAGRA составлен из двух 3-километровых рукавов, выстроенных в форме буквы Г. Внутри каждого рукава лазерный луч отражается между двумя зеркалами, расположенными на обоих концах. Свет действует в роли гигантской линейки, фиксируя крошечные изменения длины каждого плеча, которые могут быть вызваны проходящей гравитационной волной, растягивающей и сжимающей пространство время.

Поскольку детекторы гравитационных волн измеряют изменения длин меньше, чем в диаметр протона, незначительные эффекты вроде движения молекул на поверхностях зеркал могут мешать измерениям. Зеркала охлаждаются примерно до 20 кельвинов (-253 по Цельсию), тем самым ограничивая колебания молекул.

В новых испытаниях, проведенных весной 2018 года, ученые охладили только одно из четырех зеркал KAGRA, – говорит руководитель проекта Такааки Кадзита из Токийского университета. – Когда детектор запустится по-настоящему, остальные тоже будут охлаждены.

Наличие детектора под землей также помогает предотвратить вибрацию зеркал из-за активности на поверхности Земли. LIGO настолько чувствительна, что на нее могут воздействовать грохочущие грузовики, сильный ветер или даже дикая природа. Подземное логово KAGRA должно быть значительно тише.

Строительство под землей и охлаждение потребовали годы усилий. Ученые KAGRA взяли на себя эти две сложнейших задачи, которые важны для долгосрочного будущего отрасли, – говорит Дэвид Шумейкер, представитель LIGO. – В будущем, даже более продвинутые детекторы гравитационных волн могут основываться на методах KAGRA.

В настоящее время добавление KAGRA в список существующих обсерваторий должно помочь ученым улучшить свои исследования источников гравитационных колебаний. Как только ученые обнаруживают сигнал гравитационной волны, они предупреждают астрономов, которые ищут свет от катаклизма, породившего эти волны, в надежде лучше понять событие. Наличие дополнительного детектора гравитационных волн в другой части мира поможет лучше триангулировать источники волн. Как вы знаете, телескопы могут наблюдать лишь определенные клочки неба.