GEO600

GEO600
GEO600
2015 GEO 600.jpg
장소독일 니더작센주 힐데스하임 사르슈테트
좌표52°14′49§ N 9°48~30°E/52.2469°N 9.8083°E/ 52.2469; 9.8083좌표: 52°14º49°N 9°48µ30ºE/52.2469°N 9.8083°E/52.2469;9.8083 Edit this at Wikidata
조직LIGO 사이언티픽 콜라보레이션 Edit this on Wikidata
파장43km(7.0kHz)~10,000km(30Hz)
지었다.1995년 9월~(1995년 9월~)
망원경 스타일중력파 관측소
미셸슨 간섭계 Edit this on Wikidata
직경600 m (1,968 피트 6 인치)
웹 사이트www.geo600.org Edit this at Wikidata
GEO600 is located in Germany
GEO600
GEO600 위치
Commons 관련 매체
[Wikidata에서 편집]

GEO600은 독일 하노버 남쪽 20km 마을 사르스테트 근처에 위치한 중력파 검출기입니다.맥스플랑크 중력물리학연구소, 맥스플랑크 양자광학연구소, 라이프니츠대학 하노버와 글래스고대, 영국 버밍엄대, 카디프대 등의 과학자들이 설계·운영하고 있으며 맥스플랑크·플랑크·사이언스·Society의 자금 지원을 받고 있다.GY Facilities Council(STFC). GEO600은 50Hz~[1]1.5kHz의 주파수 범위에서 중력파를 검출할 수 있으며, 중력파 [2]검출기의 세계적인 네트워크의 일부입니다.이 기기와 그 자매 간섭계 검출기는 작동 시 지금까지 설계된 것 중 가장 민감한 중력파 검출기 중 하나입니다.그것들은 태양에서 지구까지의 거리에 비해 단일 원자의 크기 정도인 10의−21 거리의 상대적인 변화를 감지하도록 설계되었다.이 프로젝트는 [3]1995년에 착공되었다.

2020년 3월에는 COVID-19 대유행으로 인해 LIGO와 처녀자리(및 2020년 4월에는 KAGRA)와 같은 다른 중력파 관측소의 가동이 중단되었지만 GEO600은 계속 [4]운영되었다.

역사

1970년대에 독일의 하인즈 빌링과 영국의 [5]로널드 드레버가 이끄는 유럽의 두 그룹이 레이저 간섭 중력파 검출에 대한 조사를 시작했다.1975년 뮌헨의 막스플랑크 천체물리학 연구소는 3m 길이의 시제품으로 시작하였고, 이후 가칭의 막스플랑크 양자광학 연구소(MPQ)에서 팔 길이 30m의 시제품으로 이어졌다.1977년 글래스고 대학의 물리학 및 천문학부는 유사한 조사를 시작했고 1980년 10m [6][7]시제품의 작동을 시작했다.

1985년 Garching 그룹은 3km(2mi) 팔 길이의 대형 검출기 구축을 제안했고, 영국 그룹은 1986년에 동등한 프로젝트였다.두 그룹은 1989년에 그들의 노력을 결합했습니다. 프로젝트 GEO가 시작되었고, 하르츠 산맥(북독일)이 이상적인 장소로 간주되었습니다.그러나 이 프로젝트는 재정적인 문제로 인해 자금 지원을 받지 못했다.따라서 1994년에는 600m 길이의 팔을 가진 하노버 인근 저지대에 구축될 GEO600이라는 더 작은 검출기가 제안되었다.이 영독 중력파 검출기의 건설은 1995년 [7][8]9월에 시작되었다.

2001년 포츠담에 있는 막스 플랑크 중력물리학 연구소(알버트 아인슈타인 연구소, AEI)가 MPQ 하노버 지부를 인수했으며, 2002년부터는 AEI와 라이프니츠 대학, 카디프 대학과 함께 공동 중력물리학 센터에 의해 검출기가 운영된다.2002년 이후 GEO600은 LIGO [7]검출기와 동시에 여러 데이터 실행에 참여했다.2006년에는 GEO600이 설계 감도에 도달했지만, 지금까지 신호가 검출되지 않았습니다.다음 목표는 [9][10]2016년까지 남아 있는 소음을 약 10배 더 줄이는 것이다.

하드웨어

GEO600은 Michelson 간섭계입니다.600m 길이의 암 2개로 구성되며, 레이저 빔이 두 번 통과하기 때문에 유효 광학 암 길이는 1200m입니다.주요 광학 부품은 초고진공 시스템에 위치합니다.압력은 10mbar [1]범위입니다−8.

서스펜션 및 내진 격리

정확한 측정을 위해 광섬유는 접지 운동 및 기타 환경의 영향으로부터 격리되어야 합니다.이러한 이유로 모든 지상 간섭 중력파 검출기는 거울을 다단 진자로 정지시킨다.진자 공진 주파수를 초과하는 주파수의 경우 진자는 진동에 대한 양호한 차단 기능을 제공합니다.GEO600의 모든 주요 광학 장치는 3중 추로 매달려 있어 수평면에서의 진동으로부터 거울을 격리합니다.맨 위 및 중간 질량은 캔틸레버 스프링에 매달려 있으며, 캔틸레버 스프링은 수직 이동으로부터 격리됩니다.맨 위 질량에는 [11]진자를 능동적으로 감쇠시키는 데 사용되는 6개의 코일 마그넷 액추에이터가 있습니다.또한 서스펜션 케이지 전체가 피에조 결정 위에 놓여 있다.이 결정들은 '능동 지진 격리 시스템'에 사용된다.그러면 서스펜션 전체가 접지 운동과 반대 방향으로 이동하므로 접지 운동이 [12]취소됩니다.

광학

GEO600의 메인 미러는 직경 18cm, 높이 10cm의 퓨전 실리카 실린더입니다.빔 스플리터(직경 26cm, 두께 8cm)는 고출력 경로의 유일한 투과광학 조각이므로 특수 등급의 용융 실리카로 제작되었습니다.흡수량은 0.25ppm/[13]cm 이하로 측정되었다.

고급.

GEO600은 차세대 지상파 중력파 검출기에 사용될 예정인 많은 고급 기술과 하드웨어를 사용한다.

  • 일체형 서스펜션:거울은 추로 매달려 있다.보조 미러에는 스틸 와이어가 사용되는 반면, GEO의 메인 미러는 이른바 '모놀리식' 서스펜션에 매달려 있습니다.즉, 와이어는 미러와 동일한 재료인 퓨전 실리카로 제작됩니다.그 이유는 퓨전 실리카는 기계적 손실이 적고 손실은 [14]소음으로 이어지기 때문입니다.
  • 정전 드라이브:미러를 제자리에 유지하고 정렬하려면 액추에이터가 필요합니다.GEO600의 보조 미러에는 이를 위해 자석이 부착되어 있습니다.그런 다음 코일에 의해 움직일 수 있습니다.자석을 거울에 붙이면 기계적 손실이 커지기 때문에 GEO600의 메인 미러는 정전 드라이브(ESD)를 사용합니다.ESD는 거울 뒷면에 있는 빗 모양의 전극 구조입니다.전극에 전압이 인가되면 불균일한 전장이 발생합니다.거울은 이 영역에서 힘을 느낄 것이다.
  • 서멀 미러 작동 시스템:히터가 극동 거울에 놓여 있다.가열하면 미러에 열구배가 나타나고 열팽창에 의해 미러의 곡률반경이 변화합니다.히터를 통해 거울의 [15]곡률 반경을 열적으로 조정할 수 있습니다.
  • 신호 재활용:간섭계 출력의 추가 미러는 엔드 미러와 함께 공진 공동을 형성하여 전위 신호를 증가시킨다.
  • 호모다인 검출('DC 판독치'라고도 함)
  • 출력 모드 클리너(OMC): 포토 다이오드 앞에 있는 간섭계 출력에 있는 추가 캐비티입니다.중력파 [17]신호가 전달되지 않는 빛을 걸러내는 것이 목적이다.
  • 압착: 압착된 진공이 빔 스플리터의 어두운 포트에 주입됩니다.스퀴징을 사용하면 700Hz 이상의 GEO600의 [18]감도를 1.5배 향상시킬 수 있습니다.

다른 프로젝트와 또 다른 차이점은 GEO600에 암 공동이 없다는 것입니다.

감도 및 측정

중력파 스트레인에 대한 감도는 보통 진폭 스펙트럼 밀도(ASD)로 측정된다.이 장치의 GEO600의 피크 감도는 600Hz에서 [19]2×10−22 1/µHz입니다.고주파에서는, 사용 가능한 레이저 전력에 의해서 감도가 제한됩니다.저주파 끝에서 GEO600의 감도는 지진 지반 운동에 의해 제한된다.

LIGO와 공동 과학 실행

2005년 11월, LIGO와 GEO 계측기가 긴 공동 과학 실행을 [20]시작했다고 발표되었습니다.세 개의 악기(LIGO의 악기들은 루이지애나 주 리빙스턴 근처와 미국 워싱턴 주 핸포드 사이트에 위치)는 튜닝과 업데이트를 위한 휴식 시간을 가지고 1년 이상 데이터를 수집했습니다.GEO600은 이번이 다섯 번째 과학 실험입니다.이전 실행에서는 신호가 감지되지 않았습니다.

2015년 9월 14일 중력파의 첫 관측은 2016년 2월 [21][22]11일 LIGO와 처녀자리 간섭계에 의해 발표되었다.그러나 당시 이탈리아의 Virgo 간섭계는 작동하지 않았고 GEO600은 엔지니어링 모드로 되어 있어 감도가 [22][23]낮아 신호를 확인할 수 없었습니다.GEO600은 2015년 [23]9월 18일부터 Advanced LIGO와 동시에 데이터를 수집하기 시작했습니다.

시공간 홀로그래픽 특성에 관한 주장

2009년 1월 15일 뉴사이언티스트지에 GEO600 검출기 측정에서 아직 확인되지 않은 일부 소음은 계측기가 [24]검출기 부품 위치에 영향을 미치는 시공간의 극히 작은 양자 변동에 민감하기 때문일 수 있다고 보고되었다.이러한 주장은 페르미랍의 과학자 크레이그 호건이 홀로그램 [25]원리에 의해 어떻게 그러한 변동이 일어나야 하는지에 대한 자신의 이론에 근거해 주장했다.

뉴사이언티스트의 이야기에 따르면 호건은 2008년 6월 GEO600 공동작업에 "홀로그래픽 노이즈"에 대한 예측을 보냈고, 그 후 "내 예측과 정확히 일치"한 초과 소음 그래프를 받았다.하지만, Hogan은 그 이전에 실험이 과도한 소음을 발견한다는 것을 알았다.2008년 5월 Physical Review D에 게재된 Hogan의 기사는 "GEO600에서 설명되지 않는 소음과 예측된 홀로그램 소음의 대략적인 일치에 의해 추가 [26]연구가 촉진된다"고 기술하고 있다.Hogan은 이미 "중대역 '미스터리' 소음"과 소음 스펙트럼이 플롯된 위치를 [27]언급하고 있는 GEO600 협업을 인용했다.2007년 10월에 제출되어 2008년 [28]5월에 발표된 GEO600 논문에서도 유사한 언급('100Hz와 500Hz 사이의 지역에서 모든 소음 예측의 상관없는 합계와 실제 관측 민감도 사이의 불일치가 발견되었습니다.')이 있었다.

중력파 검출기가 나중에 제거되는 초과 노이즈를 찾는 것은 매우 흔한 일이다.GEO600의 수석 조사원인 카르스텐 댄즈만에 따르면, "이러한 실험의 민감도를 개선하는 일상 업무는 항상 과도한 소음(...)을 발생시킵니다.우리는 그 원인을 파악하여 제거하고 다음 과도한 [24]소음의 원인을 해결하기 위해 노력하고 있습니다."또한 간섭계에서 홀로그래픽 소음의 수준에 대한 일부 새로운 추정치는 호건이 [29]주장한 것보다 크기가 훨씬 작아야 한다는 것을 보여준다.

데이터/ 아인슈타인@home

주 포토다이오드의 출력뿐만 아니라 보조 레이저 빔, 마이크, 지진계, 가속도계, 자력계 및 모든 제어회로의 성능을 측정하는 다수의 2차 센서의 출력도 등록된다.이러한 보조 센서는 진단 및 간섭계 출력에 대한 환경적 영향을 감지하는 데 중요합니다.데이터 스트림은 부분적으로 분산 컴퓨팅 프로젝트인 '아인슈타인@홈'에 의해 분석됩니다. 이 소프트웨어는 자원봉사자들이 컴퓨터에서 실행할 수 있는 소프트웨어입니다.

2011년 9월부터, VIRGO와 LIGO 검출기는 업그레이드를 위해 모두 정지되었고, GEO600은 중력파를 [30]찾는 유일한 대형 레이저 간섭계가 되었다.그 후 2015년 9월 첨단 LIGO 검출기가 온라인 상태가 되어 일부 선원 클래스(예: 중성자 별 쌍성)의 경우 초기 LIGO보다 약 4배 높은 감도로 첫 번째 관찰 실행 'O1'에 사용되었으며, 낮은 오디오 [31]주파수에서 최대 방사선을 방출하는 대형 시스템의 경우 훨씬 높은 감도를 보였다.이러한 첨단 LIGO 검출기는 가브리엘라 곤살레스가 대변인으로 참여한 LIGO Scientific Collaboration 하에서 개발되었다.2019년까지 새로운 첨단 LIGO 검출기의 감도는 기존 LIGO 검출기보다 최소 10배 이상 커야 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

Wikimedia Commons에는 GEO600 관련 미디어가 있습니다.
  • GEO600 프로젝트의 공식 웹사이트인 GEO600 홈페이지.
  • 카디프 중력 그룹은 GEO 600 프로젝트의 협력을 포함하여 웨일스에 있는 카디프 대학의 연구를 설명하는 페이지로서 중력파 방사선에 대한 훌륭한 튜토리얼 목록을 포함하고 있습니다.
  • 아모스, 조나단중력파를 타는 과학.2005년 11월 8일BBC 뉴스입니다.
  • LIGO Magazine은 LIGO Scientific Collaboration에 의해 1년에 2회 발행되며 다양한 멤버 그룹에 걸친 최신 연구, 뉴스 및 인물에 대해 자세히 설명합니다.이 웹사이트에서 무료로 다운로드 할 수 있는 PDF 형식입니다.