Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
]) Эта идея была применена при разработке криостата промежуточной ангенны в римской группе [6].
7. Поиск гравитационных волн
299
Изолирующая стопка
Экран, ГА oz/тждаемый LN2 Jjjr
Воздушная I/подвеска
''“Т Экран,
охлаждав_____
газообразным He
Микроволновой,
Суперизоляция
A-A
Оболочка.
С температурой 2К
?7 \ Сверхпроводящий Детектор
Рис. 4.12. Подвеска болванки с M =* 4800 кг стэнфордской группы.
Изолирующий
тметп
990мм
520мм
-300!f
Груз 20 т
Титановый, у" стержень 05 MtA
-4,0 К
Титпатый,
У стержень ф5мм
?
А птеть^ШОкг
Рис. 4.13. Некоторые детали акустического фильтра, изображенного на
рис. 4.12.
SOO
В. Амальди, Г. Пиццелла
неопрена толщиной 25 мм и площадью 0,021 м2. Эта подвеска устроена так, что неопрен сжат. Электрическим аналогом этой системы является 10-полюсный фильтр низких частот с частотой обрезания 2(ос, где сос — резонансная частота одного стального диска на одной неопреновой прокладке. На основе испытаний прототипа фильтра стэнфордская группа оценивает, что ослабление, даваемое 10-полюсным акустическим фильтром, может достигать 5-Ю-11 вблизи частоты 830 Гц. Ожидается, что уменьшенная сила, передаваемая болванке через систему четырех фильтров, должна иметь среднеквадратичное значение IO-15 Н, которое можно сравнить с силой Найквиста при T = 2 К 3,6 X X Ю-11 Н/Гц1/*.
4.1.5. Датчики
Датчик является наиболее чувствительной частью резонансной антенны. Он всегда требует наибольшего внимания и допускает существенные принципиальные усовершенствования в деталях конструкции и технических решениях.
Вслед за Вебером во всех экспериментах первого поколения в качестве датчиков использовалась пьезоэлектрическая керамика. Ho этот тип датчика не использовался на пределе своих возможностей, которые не слишком заметно отличаются от возможностей используемых в настоящее время установок. В табл.4.3 перечислены датчики, которые уже сконструированы, изготовлены или только предложены различными авторами. Они могут быть подразделены на два класса: пассивные и активные датчики. Класс активных датчиков имеет то преимущество, что в нем используется сверхпроводящая техника, основанная на эффекте Джозефсона, и (или) применяются те или иные способы механического или магнитного усиления крайне малых смещений или натяжений, подлежащих измерению. Эти устройства, однако, обычно имеют время отклика, значительно большее (0,1 — 1 с), чем возможная длительность гравитационных всплесков Xg (10-3 — IO-2 с).
Время отклика является нижним пределом для времени выделения сигнала, в течение которого возрастает броуновский шум (или любой другой узкополосный шум), обусловливающий соответствующее уменьшение чувствительности антенны (разд. 7).
Эта трудность, вероятнее всего, может быть устранена также путем использования СКВИДа (сверхпроводящего квантового интерферометрического датчика) при условии, что типичные современные приборы, работающие на весьма низких частотах (обычно 20 МГц), заменяются СКВИДом с постоянным смещением, который имеет то преимущество, что, являясь столь же чувствительным, действует при значительно более высокой час-
7. Поиск гравитационных волн
301
Типы датчиков Таблица 4.3
Измеряемая величина Литература
Пассивные датчики
а. Пьезоэлектрическая керамика + + полевой усилитель (при Г=4,2 К> Пьезоэлектрическая керамика-Ь + сквид U Рим [6, 7, 4, 5]
U Рим [16, 17]
б. Сверхпроводящий датчик натяжений U Рим [43, 40, 1, 6]
в. Емкостный датчик с постоянным смещением I Токио [113, 114, 82]
г. Магнитный датчик Резонансные датчики і Рочестер [50], Регина [93]
д. Сверхпроводящий акселерометр і Станфорд [122, 63, 64,
с настраиваемой мембраной I 28, 65, 76]
е. Сверхпроводящий акселерометр со свободной массой Батон-Руж [22, 139, 23]
ж. Сверхпроводящий акселерометр со связанной массой I Батон-Руж [22, 139, 23]
з. Резонансный емкостный акс ле-рометр с постоянным смещением Быстродействующие датчики I Мэриленд [141, 142]
и. Модуляция емкости ВЧ-кон- I Москва [31]
тура к. Модуляция емкости ВЧ-резо-натора I Токио [153], Перт [138]
тоте (джозефсоновской частоте), которая может составлять ~1012 Гц (см. разд. 9.3).
Этот раздел посвящен описанию датчиков, предназначенных для детектирования основной моды колебаний болванки. Некоторые из них могут быть приспособлены для многомодового детектирования; эта проблема весьма кратко рассмотрена в разд. 4.5.
Изучается также проблема «идеального детектора» (разд. 9.3), который допускает измерение п-го квантового уровня осциллятора, моделирующего болванку, без его возмущения.
Датчики основной моды, описанные ниже, могут быть подразделены на два класса: основанные на детектировании смещения (4.36), вызванного гравитационной волной, которое максимально на концах болванки, и основанные на детектировании натяжения Uy которое максимально в центре болванки:
«о = = -T- lT cosTz sin( ®о* + я). (4.74а)
302
Э. Амальди, Г. Пиццелла
Для 2 = 0 это дает
ы(0, O = T^iT-0 ’ (4>74б)
