物理科技生物学-PHYICA

冰柜中的翻天覆地的科学:伊藤绿低温下的下一代振动传感器

天文学与空间 2022-01-30 00:01:15

引力波发现卓越中心 振动传感器信用:约里斯·范·海宁根 一种尖端的振动传感器可能会改进下一代引力波探测器,从地球运动的背景嗡嗡声中找到最小的宇宙波

在他的博士期间

D

来自ARC引力波发现卓越中心的博士后研究员Joris van Heijningen开发了世界上最灵敏的惯性振动传感器

现在,他提出了一个类似的设计,但是在低于10赫兹的频率下,使用低温时灵敏度要高50倍

这种新传感器测量的振动小到几毫微微米(十亿分之一米的百万分之一),周期为10到100毫秒(10赫兹到100赫兹)

最近发表在国际石油学会仪器杂志上的论文揭示了下一代地震隔离系统的原型,灵敏度低至1Hz,使用低于9的低温

绝对零度以上2度

尽管我们感觉不到它,但由于许多不同的事件,包括宇宙和地球上的事件,我们的星球总是在轻微振动;例如,引力波(时空中的微小波纹);海浪拍打着海岸;或者人类活动

根据Dr

范·海宁根,有些地方比其他地方振动更大,如果你画出这些振动,它们位于两条线之间,叫做皮特森低噪声和高噪声模型(LNM/HNM)

最好的商用振动传感器已经开发出来,其灵敏度低于LNM

他们足够灵敏,能够以相当高的信噪比测量地球上的所有地方,”范·海宁根说

奥兹格拉夫博士后乔里斯·范·海宁根学分:马特奥·范·尼克尔克 迄今为止,激光干涉仪引力波观测站(LIGO)用它四公里长的臂使用地震隔离系统来防止地球振动影响科学测量;然而,未来的引力波探测器需要更先进、更精确的振动传感器

科学家们已经在研究第三代探测器,这种探测器将有能力每年探测数百个黑洞合并,测量它们的质量和自旋——甚至超过LIGO或其欧洲对等物处女座所能测量的

在美国,将会有宇宙探索者:一个40公里长的观测站,每年将能够探测到成千上万的黑洞合并

同样令人印象深刻的是欧洲的爱因斯坦望远镜,其10公里长的三角形武装结构建在地下

范·海宁根解释说:“未来的探测器将能够测量频率低于当前截止频率10赫兹的引力波,因为这是黑洞碰撞信号潜伏的地方。”

但是这些巨大探测器的主要问题之一是它们需要非常稳定——最小的振动都会妨碍探测

“从本质上来说,让系统接近零开尔文(零下270摄氏度)可以大幅降低所谓的热噪声,这种噪声在低频时占主导地位

范·海宁根说:“从某种意义上说,温度是原子的振动,这种微小的振动会在我们的传感器和探测器中产生噪音。”

未来的探测器需要冷却到低温,但这并不容易

一旦科学家实现了这一目标,利用低温环境将改善传感器的性能

范·海宁根在比利时加州大学卢万分校担任研究科学家,他计划为这种传感器设计制作原型,并为爱因斯坦望远镜测试其性能

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