Ученые впервые обнаружили гравитационные волны
03:45, 12 февраля 2016
В октябре прошлого года среди физиков в Интернете начали распространяться слухи о том, что гравитационные волны, "складки" ткани пространства-времени, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, были обнаружены детектором LIGO. Изначально руководство гравитационной обсерватории отрицало этот факт, однако сегодня представители коллаборации подтвердили эти слухи сразу на трех пресс-конференциях, проведенных в Москве, Вашингтоне и итальянской Пизе.
В работе этого проекта приняло участие несколько сотен ученых из 14 стран мира, в том числе и ряд российских физиков, отвечавших за одну из самых важных составляющих LIGO – конфигурацию его лазерных "плечей" и мощность излучателей.
Постройка LIGO, начатая в 1992 году, потребовала около миллиарда долларов США, и она была закончена лишь в 2000 году. В 2015 году после обновления LIGO физики повторно перезапустили обсерваторию, и за половину прошлого года, как рассказывает российский физик Михаил Городецкий, один из участников коллаборации, она набрала столько же данных, сколько LIGO мог бы собрать за 20 лет работы на прежней чувствительности.
Когда гравитационная волна проходит через плечи интерферометра, то лазерные лучи, которые распространяются вдоль них, проходят меняющиеся расстояния, так как волна "растягивает" и "сжимает" эти плечи и пространство рядом с ними. В результате этого, когда ученые "складывают" лучи, полученная картинка не совпадает, и возникают особые узоры интерференции, которые указывают на присутствие гравитационных волн.
Воздействие гравитационных волн оказалось настолько слабым, что ученым пришлось проявлять чудеса изобретательности, чтобы поймать его. "На четыре километра регистрируемое отклонение составляет лишь 10 в минус 19 степени метра – это в десять тысяч раз меньше диаметра протона, ядра атома водорода", — говорит Городецкий.
По словам российского физика, отечественные ученые работали в рамках LIGO над повышением чувствительности интерферометров, подавляя различные помехи, в том числе и квантовый шум, мешающий вести замеры на самом фундаментальном уровне.
Например, принцип неопределенности Гейзенберга требует, что надо накопить определённое количество квантов, чтобы померить их фазу с определенной точностью. Из этого, казалось бы, следует, что чем мощнее лазеры, тем выше точность. Однако если повышать мощность лазеров, то фотоны начинают сильно бить по зеркалам, растут флуктуации.
"Мы этим и занимались: искали хитрые геометрии антенн, которые обеспечивают квантово-невозмущающие измерения", — продолжает ученый.
Дальнейшие наблюдения за гравитационными волнами, как надеется физик, помогут разрешить многие тайны и проблемы современной физики и космологии, в том числе измерить, с какой скоростью расширяется Вселенная, следя за слияниями нейтронных звезд, а также попытаться проверить теорию струн на практикеМосковскую группу создал и вплоть до последнего времени возглавлял член-корреспондент РАН Владимир Борисович Брагинский — всемирно известный ученый, один из пионеров гравитационно-волновых исследований в мире.
В состав научной группы, включенной в число соавторов научного открытия, входят профессора кафедры физики колебаний: Валерий Митрофанов (нынешний руководитель коллектива), Игорь Биленко, Сергей Вятчанин, Михаил Городецкий, Фарид Халили, Сергей Стрыгин и Леонид Прохоров. Неоценимый вклад в исследования внесли студенты, аспиранты и технический персонал кафедры.
Группа Московского университета участвует в проекте с 1992 года. С самого начала основные усилия были направлены на повышение чувствительности гравитационно-волновых детекторов, определение фундаментальных квантовых и термодинамических ограничений чувствительности, на разработку новых методов измерений. Теоретические и экспериментальные исследования российских ученых нашли свое воплощение при создании детекторов нового поколения, позволивших непосредственно наблюдать гравитационные волны от слияния двух черных дыр.