用电磁方法探测高频引力波

 一、高频引力波不能使用传统方法进行探测根据广义相对论的预言,利用引力波的潮汐效应,可以对引力波进行探测。最早的引力波探测方法是共振质量法,其典型装置除韦伯棒(WeberBar)外,还有ALLEGRO(美国)、EXPLORER(意大利)等。它们的共同特点是将棒状或球状质量作为引力波的耦合天线,如果天线接收到了引力波信号,则天线上的不同部分之间将发生伸缩效应,利用声电转换(比如压电效应)可以将机械振动转换成电信号,测量电信号就可以确认是否探测到了引力波信号;这一类引力波探测装置对引力波共振的频率一般为102104Hz.     

在所有频段感受挤压

正两个小组展示了频率依赖的量子压缩,这项技术可以使引力波探测器的灵敏度加倍。引力波天文台最近开始着手"挤压"探测器中的激光。这项技术降低了噪声,提高了灵敏度,但仅仅是在一个有限的频率范围内。现在两个小组已经展示了一个降低噪声的新方法,它覆盖一个宽波段的引力波频率范围。这种量子压缩技术,当它与其他升级手段一起部署时,将使引力波天文台的探测灵敏度加倍。     

一“波”发现

正James Hough教授娓娓讲述了过去30年从建造引力波探测器原型到革命性地发现引力波的故事。1989年初,我在《物理世界》里写道:"引力波会被探测到,那时它将打开一个全新的天文学窗口。"在刚过去的3年里,我们共探测到了6例引力波。我很高兴地看到,文章中的很多预言都变成了现实。在约一个世纪以前,爱因斯坦在广义相对论中预言了引力波的存     

引力波和引力透镜

 引力是物质世界的一种客观属性。大科学家牛顿以精确的数字形式表达了万有引力定律,建立了人类对引力认识的第一座里程碑。后来,牛顿引力理论对解释一些天体物理问题却遇到了困难。爱因斯坦于1916年提出了著名的广义相对论,其中预言宇宙中存在着“引力波”。引力波即引力的波动,它与引力的强弱变化有关。引力波可由加速运行的物质产生,其传播速度应等于光速。在理论上,任何运动的物质都会产生引力波。比如,如果你把一只台球悬挂起来,使它像打秋千似的荡来荡去,当它荡到比较靠近你时,其引力作用比离你较远时更为大些,就形成引力波。换句话说,球的摆动,使它的引力发生一种像波那样起伏的变化。     

第三代激光干涉仪引力波探测器

<正>引力波是爱因斯坦在广义相对论的重要预言,引力波探测是当代物理学最重要的前沿领域之一。以引力波探测为基础的引力波天文学是一门新兴的交叉科学,是对传统电磁辐射天文学的巨大拓展与补充。引力波的发现是一项划时代的科学成就,它标志着困扰科学家百年来的物理学难题得以破解,引力波天文学完成了从寻找引力波到研究天文学的历史性转折。     

首次测到引力波

正100年前爱因斯坦广义相对论预言引力波。它可形象地看作弯曲时空中的涟漪;天体物理过程越激烈,引力波辐射越强。当引力波传播时,时空将在垂直于传播方向挤压和拉伸。一般要发现这种极其微小的变化是非常困难的。LIGO干涉仪臂长4 km;2015年升级改造后非常灵敏,能够检测到比原子核尺     

在热噪声中的脉冲引力波的检测

一、引 言 探测引力波的原理,类似于接收电磁波.大家都知道带电粒子在电磁波的作用下会被激发而产生振动.一个质量块在引力波的作用下,它的各个质点也会产生“颤动”.从而使整个质量块产生机械形变.这种形变可以通过压电晶体等传感器转化为电信号后记录下来.但由于引力常数极为微小。引力波接收天线所接收到的引力波信号能量将大大低于天线的热噪声能量.而且根据理论上的预测,能够辐射强大引力波能量的天体活动过程是引力捕获和引力坍缩[1],这种过程是脉冲性的。前后持续仅几个毫秒,振动方向改变二到四次.现在采用的引力波接收天线一般都是…     

从引力波观测中挖掘大学物理教学素材

引力波是爱因斯坦广义相对论的重要预言,非常难于观测。近两年前,人们第一次直接观测到了宇宙深处传来的引力波,证实了它的存在。引力波具有独特的物理性质,为波动增加了新的形式。其观测技术的核心是迈克耳孙干涉仪,但增添了精密技术,提高了观测精度。结合大学物理教学内容,我们从引力波中挖掘了丰富的教学素材。素材用在课堂上能使教学过程生动活泼,开拓学生视野,提高学习兴趣;素材引入到考试题目中,能够考察课程教学效果和学生学习能力。     

一种引力波天线的调谐方法

目前理论上预期的天体引力波源在低频段的引力辐射比较丰富[1-4].另一方面,目前使用的引力波天线绝大多数是机械共振天线,这类天线的Q值大都很高(104以上),频带甚窄(当v～10HZ时,Δv≤ 0.01Hz),在对某一特定的窄带引力辐射进行探测时很容易失调[5].因此,为了更好地探测引力波,并做到容易对准和跟踪它,自然希望天线具有比较低的共振频率和能够在一定的频率范围内方便地调谐. 作者曾在扭摆天线[6]的基础上研究了一种可调谐的引力波天线[7],指出这种天线容易在1—10Hz频率范围内调谐,这正是预期的天体物理过程所辐射的引力波的频谱峰值范围. …     

论引力波探测器方位与引力波源方位间的关系

本文从计算棒状引力波天线的指向性函数出发,讨论了引力波源的方位和天线棒方位之间的关系,找到了从符合实验数据求出引力波源方位以及利用单一引力波探测器对连续引力波源的定位方法。所得的结果也适用于其他形式的一维引力波天线。一旦引力波探测器的灵敏度达到足以确定引力波强度时,本文的结果无疑对引力波天文学将是很有意义的。 关键词：     

压缩的光线和引力波

一种在高精度光学测量中降低啄声的方法将很快用于引力波的探测，探测引力波的最有希望的途径是观测引力波在探测器中（如激光干涉仪引力波观测站）悬挂着的镜子上的细微的效应．     

引力波背景噪声

正假设LIGO最近探测到的黑洞融合不是不寻常的,由此研究人员修正了他们的背景噪声强度估计,这噪声来自四面八方遥远融合事件的总和,穿越整个宇宙。最近,引力波(它源自一对正在融合的黑洞)被成功探测;这意味着存在大量类似的双黑洞对,它们应该正在产生一个引力波总和背景。不过,这背景过于暗淡,以致于使用目前的技术难于探测。使用这些信息,研究人员现在估计,这一引力波背景可能比先前预期的要强约10倍,并且在几年后(当探测仪更加     

扭摆——探测低频引力波的一种可能的天线

本文研究了扭摆对引力波的响应和吸收截面,并对有关的问题进行了讨论,指出它可以作为探测低频引力波的机械共振天线。 关键词：     

从引力波探测到包含引力波的多信使天文学

2015年9月14日,LIGO实现了人类的第一次引力波直接探测.该实验结果在2016年2月公布,并被命名为GW150914.随后引力波探测的进展非常迅速.到目前为止已确认双黑洞并合引力波探测结果 4例,分别包括GW150914,GW151226,GW170104和GW170814.已确认的双中子星并合引力波探测结果 1例,GW170817.另外还有疑似双黑洞并合引力波探测结果 1例LVT151012.受引力波探测的驱动,关于引力波的物理学和天文学研究在2016年以来发展也异常的迅速.本文将对引力波探测和引力波天文学相关的理论物理问题做简要的介绍和展望.特别是引力波天文学能够研究的理论物理问题、引力波数据处理所涉及的理论问题和引力波理论描述的问题,本文做了较为详细和深入的介绍,同时还讲述了著名科学家如爱因斯坦等在相关问题上的研究故事.     

平面化的引力波及其振幅的估算

引力波在空间中传播会造成物体之间的距离发生有节奏的增减,但其振幅极其微小,如何浅显地描述和估算引力波的振幅是大学本科教学和科普实践中的难题。本文提出一个简单的玩具模型:假设引力波在二维空间中传播,其波形可以用诸如正弦曲线等平面曲线来描述,这使得严格或近似地解析计算其振幅成为可能,从而达到以通俗的方式诠释引力波振幅的目的。     

激光干涉仪引力波探测器的噪声和灵敏度

<正>引力波是爱因斯坦"广义相对论"的重要预言,引力波探测是当代物理学重要的前沿领域之一。引力波的发现开辟了引力波天文学研究的新纪元。早在1916年,爱因斯坦就根据弱场近似,预言了引力波的存在。但是直到今天引力波才被发现,前仆后继,科学家为之奋斗达百年之久。关键的困难就是引力波强度太弱,引力波探测器的灵敏度太低,引力波信号完全湮没在噪声本底之中。在引力波     

引力波探测的光学方法

引力波将会向人类提供更多关于这个广袤宇宙的信息.科技的进步终于使人类有能力建造足够灵敏的实验仪器来探测抵达地球的微弱波动.本文首先从力学入手,讨论引力波与物体的相互作用.然后,应用在光学课上所学的知识探究目前世界上最大的科学合作项目之一LIGO的基本原理,考虑实际操作中的部分参数选取,提出减少外界因素干扰的一些方法.最后还将简要介绍LISA.     

漫谈引力波探测

爱因斯坦广义相对论成功地预言了行星进动、引力红移、光线偏折、回波延迟等物理事实，而“存在引力波”是爱因斯坦广义相对论的另一重大预言。根据广义相对论，我们从爱因斯坦广义相对论引力场方程的弱场近似可以得到线性近似的引力波解；引力波是横波，能以光速穿过真空；引力波非常容易产生，但是非常的弱如果让一根长为20米，直径为1.6米，重500吨的圆棒以能够使自身断裂的极限速度（每秒28转）围绕自身中心点高速转动，它发射的引力波功率也不过只有2.2×10^-19瓦，因此，对引力波的探测极其困难。     

用零输出的设备探测引力波

理论估计传到地球上的引力波非常弱,激光干涉引力波探测器被设计用来探测引力波,在没有引力波传来时,激光干涉引力波探测器应该是零输出。为达到这样的目的,必须和众多的噪声作斗争。     

封面故事

<正>北京时间2017年10月16日晚,激光干涉引力波天文台(LIGO)科学合作组织和处女座引力波探测器(Virgo)合作组织联合召开发布会,宣布再次探测到时空的涟漪——引力波及其伴随的电磁信号,正式编号GW170817。这是人类首次直接探测到两颗中子星并合产生的引力波事件,发生在1.3亿光年外的编号为NGC 4993的星系中。此次引力波事件具有极为重要的意义,引力波及其电磁对应体的发现,有助于科学家结合不