Сигнал, услышанный сквозь Вселенную

Успех достигнут на расстоянии 1.3 миллиарда лет

В 4 часа утра 14 сентября 2015 года впервые в истории человечества были зарегистрированы гравитационные волны. Их источником послужили две черные дыры, находящиеся от нас на расстоянии 1.3 миллиарда световых лет, взрыв при столкновении которых вызвал выброс энергии гравитационных волн, в десять раз превышающей энергию всех звезд Вселенной.

Обнаружение гравитационных волн стало одним из наиболее значимых научных открытий нашего времени, вызвавших интерес как в научных журналах во всем мире, масс-медиа, так и в не меньшей степени в вечерних ток-шоу.

После публикации открытия в Physical Review Letters, одном из наиболее влиятельных журналов в области физики в мире, это событие перепечатывалось многими новостными информагентствами гораздо чаще, чем какое-либо другое опубликованное этим журналом. The New York Times напечатал «этому событию было предопределено занять место среди самых значимых научных открытий, наряду с тем, как Александр Грэхем Белл сказал когда-то «Мистер Вотсон, подойдите-ка сюда…»

Что же стояло за инновационным открытием? Точные вычисления, выполненные в LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) – и инновационная технология компании Analog Devices.

Прислушиваясь ко Вселенной

LIGO состоит из двух работающих согласованно исследовательских площадок – одна в Ханфорде, штат Вашингтон, другая в Ливингстоне, штат Луизиана. Пока гравитационные волны не оставляют следа в электромагнитном спектре – их невозможно увидеть – совместная задача станций LIGO «слушать небеса», чтобы доказать существование таких волн.

На каждой площадке LIGO в условия сверхглубокого вакуума помещают лазер, разделяют луч надвое, и направляют каждый луч на два ряда (длиной 2.5 мили) зеркал, установленных перпендикулярно друг другу. Затем лазерные лучи отражаются от зеркал, расположенных на концах каждого ряда.

Когда проходит гравитационная волна, пространственно-временной континуум изменяется, вызывая малое, примерно 1/10000 диаметра протона, колебание во взаимосвязанных друг с другом рядах зеркал. В результате этого изменяется относительная фаза возвращаемого света на принимающей оптике, световой сигнал передается на оптический датчик и формируется в измеримый сигнал или линейно-модулированный сигнал (лчм).

LIGO использовало технологии Analog Devices

LIGO использовала множество встраиваемых технологий Analog Devices. Все они демонстрируют нашу ориентацию на создание продуктов, представляющих на сегодняшний день вершину инженерной мысли в области прецизионных вычислений, которые могут быть использованы в инновационных, критически-важных ситуациях, в будущем.

Чтобы учесть и скомпенсировать посторонние шумы от всех других возможных источников, LIGO требовалось, чтобы амплитуда сигнала их лазера оставалась сверхстабильной, с отклонением не более 2x10-9 при отстройке от частоты несущей примерно 100 Гц.

Поскольку лазер не в состоянии работать в таком режиме вне помещения, команде LIGO была необходима система обратной связи, чтобы измерять выходной световой сигнал и управлять амплитудой сигнала. Для этого потребовался усилитель с ультра-малым шумом и особой производительностью. После развернутого совещания с командой ученых из LIGO на тему, какое же решение может быть лучшим в данной ситуации, был выбран операционный усилитель AD797 компании Analog Devices.

Чтобы стабилизировать частоту сигнала лазера, команда LIGO использовала высокопрецизионный датчик температуры AD590 компании Analog Devices для измерения средней температуры внутри стеклянной вакуумной камеры, в которую помещен лазер.

В исходном состоянии лазер имеет стандартный уровень выходной мощности, однако он быстро нарастает до нескольких киловатт в резонирующих полостях. Это может приводить к образованию силы, достаточной для возникновения акустического резонанса в стеклянных зеркалах. Поэтому для поддержания взаимной ориентации зеркал, в LIGO применяется высоковольтный операционный усилитель ADA4700, управляющий электростатическими приводами, которые осуществляют активное демпфирование.

Еще один компонент Analog Devices, детектор среднеквадратической мощности AD736, измеряет мощность, подаваемую на соленоиды, которые используются для управления системой подвески зеркал LIGO и позволяют задавать любые необходимые углы отклонения, тангажа и рыскания.

За гранью (в понимании Эйнштейна) возможного

100 лет назад Альберт Эйнштейн выдвинул предположение о существовании гравитационных волн.

Но в то же время, как математики начали руководствоваться его идеей, что такие волны существуют, сам он был убежден, что в действительности обнаружить их практически невозможно, поскольку они бесконечно малы.

Соответственно, чтобы успешно решить эту задачу, необходим чрезвычайно прецизионный инструмент. Инструмент, столь высокоточный, что с его помощью, образно говоря, в LIGO смогли бы заметить исчезновение одной единственной песчинки, если вы соберете весь песок со всех пляжей Земли.

Analog Devices гордится, что в LIGO использована наша технология.



Вам будет также интересно почитать другие истории.     Посмотреть все >