ЦЕРН поделился информацией о радиочастотной трубке

Прямое обнаружение гравитационных волн в 2015 году открыло новое окно во Вселенную, позволив исследователям изучать космос путем объединения данных из нескольких источников. В настоящее время действуют четыре гравитационно-волновых телескопа (GWT): LIGO на двух площадках в США, Virgo в Италии, KAGRA в Японии и GEO600 в Германии. Продолжаются обсуждения по созданию дополнительного объекта в Индии. Обнаружение гравитационных волн основано на лазерной интерферометрии Майкельсона с полостями Фабри-Перо, которая выявляет расширение и сжатие пространства на уровне десятитысячных размера атомного ядра, т. е. 10-19 мкм. Несмотря на чрезвычайно низкую деформацию, которую необходимо обнаружить, в среднем за неделю измерений измеряется одна гравитационная волна путем изучения и минимизации всех возможных источников шума, включая сейсмическую вибрацию и рассеяние остаточного газа. Последнее снижается за счет помещения интерферометра в трубу, где создается сверхвысокий вакуум. В случае Девы вакуум внутри двух перпендикулярных плеч интерферометра длиной 3 км ниже 10-9 мбар.

В то время как нынешние установки эксплуатируются и модернизируются, сообщество гравитационно-волновых исследований также концентрируется на новом поколении GWT, которое обеспечит еще большую чувствительность. Этого можно было бы достичь за счет более длинных плеч интерферометра, а также резкого снижения шума, что может потребовать криогенного охлаждения зеркал. Двумя ведущими исследованиями являются Телескоп Эйнштейна (ET) в Европе и Cosmic Explorer (CE) в США. Общая длина вакуумных сосудов, предусмотренных для интерферометров ЭТ и СЕ, составляет 120 км и 160 км соответственно, при диаметре трубки от 1 до 1,2 м. Требуемые рабочие давления типичны для современных ускорителей (т.е. в районе 10-10 мбар для водорода и еще ниже для других газов). Таким образом, следующее поколение GWT будет представлять собой крупнейшую из когда-либо созданных систем сверхвысокого вакуума.

Следующее поколение гравитационно-волновых телескопов будет представлять собой крупнейшую из когда-либо созданных систем сверхвысокого вакуума.

Создать такое давление несложно, поскольку современные вакуумные системы GWT-интерферометров имеют сопоставимую степень вакуума. Вместо этого проблема заключается в стоимости. Действительно, если бы были приняты решения предыдущего поколения, система вакуумных труб составила бы половину расчетной стоимости CE и недалеко от одной трети ET, в которой преобладает подземное гражданское строительство. Снижение стоимости вакуумных систем требует разработки иных технических подходов по отношению к установкам предыдущего поколения. Разработка более дешевых технологий также является ключевым вопросом для будущих ускорителей, и синергия с точки зрения методов производства, обработки поверхности и процедур установки уже заметна.

В рамках официальной структуры ЦЕРН и ведущих институтов исследования инопланетян – Нихефа в Нидерландах и INFN в Италии – группы ЦЕРН TE-VSC и EN-MME делятся своим опытом в области вакуума, материалов, производства и обработки поверхности с гравитационными. волновое сообщество. Работа началась в сентябре 2022 года и, как ожидается, завершится в конце 2025 года отчетом о техническом проекте и полным испытанием пилотного сектора вакуумных сосудов. Во время семинара «Beampipes for Gravitational Wave Telescopes 2023», проходившего в ЦЕРН с 27 по 29 марта, 85 специалистов из различных сообществ, занимающихся ускорительными и гравитационно-волновыми технологиями, а также из компаний, специализирующихся на производстве стали, производстве труб и вакуумном оборудовании, собрались, чтобы обсудить новейший прогресс. Это мероприятие последовало за аналогичным мероприятием, организованным LIGO Livingston в 2019 году, которое дало важные направления для тем исследований.

Прокладывание курса В серии вступительных докладов были представлены основные теоретические элементы, касающиеся требований к вакууму и статуса исследований CE и ET, а также освещены инициативы в области вакуумных и материальных технологий, предпринятые в Европе и США. Подробное описание существующих вакуумных систем GWT послужило отправной точкой для презентации текущих разработок. Для проведения эффективного анализа и снижения затрат необходимо учитывать весь процесс, включая добычу и обработку сырья, изготовление, обработку поверхности, логистику, монтаж и пуско-наладочные работы в туннеле. Кроме того, интерфейсы с экспериментальными площадями и другими службами, такими как гражданское строительство, электрораспределение и вентиляция, необходимы для оценки влияния технологического выбора для вакуумных труб.