2019-09-03 07:08:01
欧洲核子研究中心使用的传感器可以帮助引力波猎人

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它从一个相对简单的目标开始:为一种新型设备创建原型,以监控CERN地下结构的运动。但该项目 - 欧洲核子研究中心与俄罗斯杜布纳核研究联合研究所(JINR)合作的结果迅速发展。原型变成了几个完整的设备,可以作为地震的早期预警系统,可以用来监测其他地震振动。更重要的是,这些称为精密激光测斜仪的设备可用于欧洲核子研究中心及其他设备。该项目背后的研究人员正在测试高级处女座探测器中的一个装置,该探测器最近探测到引力波 - 在一个世纪前由爱因斯坦预测的时空结构中的微小波纹。如果一切按计划进行,该装置可以帮助引力波猎人最小化地震事件对波浪信号的噪声。

与传统的地震仪不同,传统的地震仪通过对弹簧悬挂的重物的影响来检测地面运动,精确的激光测斜仪(PLI)测量它们对液体表面的影响。通过将激光指向液体并观察其如何被反射来完成测量。与重量 - 弹簧地震计相比,PLI除了平移运动(上下和左右)外,还可以检测角运动,并且可以以非常高的精度拾取低频运动。

“PLI极其敏感,它甚至可以在刮风的日子里探测日内瓦湖上的海浪,”欧洲核子研究中心的首席研究员Beniamino Di Girolamo说。 “它可以采集频率在1 mHz到12.4 Hz之间的地震运动,灵敏度为2.4×10-5μrad/Hz½,”JINR的联合首席研究员Julian Budagov解释道。 “这相当于在1米的距离内测量24皮米(24万亿分之一米)的垂直位移,”来自JINR的联合首席研究员Mikhail Lyablin补充道。

该团队在JINR和CERN的TT1隧道中组装并测试了PLI原型。它表现良好,显示出有可能成为高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)和其他机器和实验的有用预警地震系统。大型强子对撞机及其质子束对地震活动非常稳健,但HL-LHC将使用更窄的光束来增加质子 - 质子碰撞的数量,从而有可能发现粒子物理学。这意味着在发生高震级地震时,波束更可能偏离中心,震中距离欧洲核子研究中心相对较近。位于机器上几个点的PLI可以作为此类事件的早期预警系统。

考虑到PLI的潜力,HL-LHC项目支持团队构建几个新的PLI。一个PLI已经安装在亚美尼亚的Garni地震观测台,另一个已经在欧洲核子研究中心的知识转移小组和意大利的INFN研究所的支持下部署到意大利欧洲引力观测台,那里是高级处女座所在地。 Virgo PLI是在2018年11月的APPEC会议之后开始的合作的结果,由JINR总干事引发并由CERN管理层鼓励。合作进展顺利,不到一年后,Virgo PLI进行了测试。

第一次测试的结果令人鼓舞。在8月6日仅采集了15分钟的数据时,PLI发现的信号与已经安装在处女座的设备相同,从那天开始,它开始连续运行并发现了几次小震级地震。 Virgo和PLI团队现在正在建立从PLI到Virgo数据系统的数据流。这样可以更容易地比较来自不同地震设备的数据,并评估PLI对处女座操作和引力波探测的潜在影响。 “处女座和美国的两个LIGO探测器最近开始寻找引力波,这种引力波将比以前的搜索更深入宇宙,”来自罗马La Sapienza大学的前处女座发言人Fulvio Ricci说。 “我们相信PLI可以在这一重要搜索中发挥作用,”他补充道。

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