引力波天文臺重啟!能探測原子直徑十億分之一的變化

2021-01-19 科學解碼

對物理學中最神秘信號的追尋——被稱為引力波的時空漣漪——再次起步。


同美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）共同展開工作的物理學家，自他們在路易斯安那州李文斯頓和華盛頓州漢福重建該設備以來，於近日開始了其首次觀測。研究人員表示，升級後的LIGO在靈敏度上已是最初的3倍。即便如此，它在最初3個月的數據搜集期有所發現的機率還很小。真實的消息或許是，儘管升級後的LIGO具備各種複雜性，但目前已跟上了研究人員在2013年為其設置的觀測計劃表。


「進步正在以超出我們預料的更快的速度到來。」路易斯安那州立大學物理學家、LIGO 科學協作組900餘位科學家的發言人Gabriela González表示，「目前LIGO擁有的靈敏度處於此刻我們所期望的最高值。」


每臺LIGO設備通過利用雷射比較幹涉儀兩個4千米長且被設定為直角的「手臂」，尋找時空的延伸。研究人員的目標是對「手臂」長度的比較精確到10^-19米，而這是一個原子寬度的十億分之一。為此，他們必須把地震波、人類活動和其他來源引發的大量振動阻尼掉。LIGO物理學家的基準來源是一對呈螺旋狀陷入對方中的中子星。花費3.6億美元建成並在2002～2010年運行的LIGO初始「版本」達到的靈敏度足以探測到約6500萬光年外的此類來源，而升級後的LIGO最終應當能在6.5億光年外探測此類來源，從而使可探測的空間增加了1000倍。


不過，加州理工學院物理學家、漢福觀測臺負責人Frederick Raab表示，目前LIGO幹涉儀的靈敏度足以在2億～2.6億光年外看見這類屬於雙星系統的中子星。Raab說，對LIGO初始「版本」的改善為物理學家提供了極小的可能性，而最大的問題在於可能有多少來源。在2013年的計劃中，LIGO研究人員估測，在現有靈敏度的情況下，樂觀地講，他們可能在3個月內發現3顆屬於雙星系統的中子星。但從悲觀的角度看，他們可能不得不讓LIGO運行600年才能看到一顆。


如果升級後的LIGO確實有所發現，研究人員將花費時間驗證這一信號。「我們為自己設定了一個目標，即能在探測器發現一些事情的3個月內對外發表聲明。」Raab說。但如果真的有所發現，LIGO領導層是否能阻止其洩露出去？「我們對此憂心忡忡。」González說，「所有人都籤訂了保密協議。」


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