北京时间7月15日消息，据美国《连线》杂志报道，早在1912年爱因斯坦就曾预言，诸如黑洞之类的大质量天体会发出引力波，一旦发现引力波可能会加深我们对宇宙的认识，改变我们对物理学的研究。为了实现这一目标，美国国家科学基金会（NSF）今年4月批准了激光干预引力波天文台升级的计划。

 

激光干涉引力波天文台（LIGO）是由美国国家科学基金会资助的最大规模项目之一，处于发现引力波最前沿的研究。该探测器备有对质子极度敏感的超长激光器，其敏感度足以记录下相对微弱的引力波。以下是加利福尼亚理工学院四个LIGO实验室内部一瞥。

 

 

 

测试台上一面堪称完美无暇的镜子。虽然对可见光是透明的，但这面镜子可以反射近100%来自干涉计内激光的红外光。干涉计是一种包含上述激光的仪器，利用红外激光束散发的光去极为精确地测量距离。激光束越长，干涉计就越敏感。在超强引力波穿过干涉计时，由于其引起的时空“涟漪”，它只会稍微改变干涉计的长度。

 

 

 

从加利福尼亚理工学院干涉计顶部俯瞰，这一仪器的形状呈现“L”形，每个“手臂”含有可延伸40米的激光束。这些不锈钢真空舱将被抽空至空气约为十亿分之一的水平，为激光束创造令人印象深刻的必要真空。这是位于华盛顿和路易斯安那的相似、较小的干涉计原型，“手臂”每个长2.5英里。拥有这两种类似的设施，科学家可以证实观测到的不规则现象确是引力波，而非经过实验室的汽车、坠落至遥远海岸的波，或是激光器本身的精妙变化。

 

 

 

光束分离器位于干涉计两只手臂交叉处（“L”形的关节处）。这张平台是由镜子、滤光器和其他光学仪器构成。从这里，红外激光束会被传递至系统的每个手臂。经过校准，每个激光束的共振要保持一致，且极度精确。如果一股光束遭遇干扰，通过对比其他光束就能在此将其测算出来。

 

 

 

探测引力波所遭遇的问题是，它们施加给地球的变化极小。遥远事件产生的强大光波到达地面之时相对微弱。出于这个原因，用于探测引力波的仪器一定要极为精确。在左侧，干涉计手臂的一端包含了一面主镜（中右，共四面）以及一系列较小镜子。所有这些镜子都被用于校准和排列激光。主镜将激光束发射回“L”关节进行测量。

 

 

 

激光（分离前）源于右侧的白色管子。这条管子中含有精密仪器，用于校准尽可能多的信号噪音。

 

 

 

干涉计手臂一端的光学实验台可以被用于监控激光束的强度、位置和角度。

 

 

 

这个光学实验台用于探测干涉计手臂交叉点各个位置上的光，在这里，引力波也许终有一天会被观测到。为了做到这一点，科学家在它上面覆盖了探测器。

 

 

 

这张照片中央的三个箱子是四象限探测器（QPD），用于探测激光束的精确位置。

 

 

 

LIGO原型干涉计需要极高的真空状态——空气约为十亿分之一，相当于低地轨道上发现的真空水平。为获得这一极端水平的真空状况，需要采用一种没有振动、磁力漂浮的涡轮泵。这张照片中的装置是帮助驱动真空状态的真空岐管和遥控阀。

 

 

 

这些螺纹状的膨胀节（expansion bellow）使得科学家可以对干涉计手臂的长度进行调解，弥补不锈钢因温度引发的膨胀。

 

 

 

上图为LIGO实验室的几位科学家。左起：艾伦•韦因斯坦（Alan Weinstein）、史蒂夫•瓦斯（Steve Vass）和罗布•沃德（Rob Ward），韦因斯坦是物理学教授，将其对高能物理学的知识应用于对暗能量性质的研究和对引力波的探测。瓦斯过去20年一直在管理LIGO原型实验室。