發現引力波：Ligo的實驗實際上是如何工作的？

引力波是以光速在我們宇宙中傳播的時空結構中的神秘波浪。愛因斯坦預測正好100年前，許多實驗正在尋找它們。這些實驗之一，Ligo，現在找到了它們。但是它實際上是如何工作的？

引力波是由暴力的天體物理事件引起的，涉及大量的緊湊物體，例如中子星和黑洞，相互碰撞。即使引起它們的事件是災難性的，它們仍然很遠，以至於我們在地球上對當地時空結構的影響非常微妙。

因此，科學家不得不構建巨大的光學儀器，這些光學儀器非常敏感，稱為激光干涉儀，搜索它們。激光干涉重力波觀測站或LIGO在與來自世界各地86個機構的1000多家科學家一起使用這些工具或它們產生的數據的一項實驗中，將這些努力匯總在一起。

兩個光束，一些鏡子和一個探測器

建造重力波干涉儀所需的只是兩個光束，在朝北和西部沿不同方向延伸的一對鏡子之間行駛。傳遞引力波的效果應沿一個方向拉伸空間，並以直角的方向縮小它。在地球上，這會導致鏡子揮舞很小的量，從而使一對鏡子之間的距離變小，而另一個鏡子變大。搖擺實際上是鏡子響應時空的拉伸和壓縮，這真是太神奇了。

^{受重力波影響的顆粒環。}

它與池塘上的波非常相似。放下浮動物體，隨著波浪通過，物體在幾次上上下彈跳。 Ligos鏡子在引力波的池塘中搖擺，這更複雜，但仍會以特徵性的方式在位置之間的運動不同。

然後可以通過檢測器註冊距離的細微變化，並進行到位，以監視從兩個乾涉儀臂中返回的激光。只是為了確保它不是氟，我們有兩台機器並將它們放在美國的另一端，並要求他們倆同時做相同的“跳舞鏡子”的事情：一個路易斯安那州利文斯頓另一個華盛頓漢福德。

^{飛過Ligo。作者提供了}

那麼，這在實踐中如何起作用？一個關鍵的任務是“鎖定”干涉儀，這意味著穩定鏡子之間的分離，以使激光光正如設計為執行的那樣在鏡面之間產生共鳴。早在1997年我在麻省理工學院（MIT）上製作Ligo原型時，科學家手工完成了鎖定，使用了一個帶有12個旋鈕的手持盒。現在，它是計算機控制的，因此操作員啟動序列，傳感器指示每個鏡子何時移動到正確的位置。由於溫度變化，硬件中的機械放鬆以及月球在天空中的位置，鏡像位置和角度往往會緩慢漂移，因此調整鏡子是日常任務。

科學家和工程師現場還監視有關檢測器和物理環境的診斷信息，因此，當檢測器無法正常工作時，可以確定和解決原因。我在Ligo控制室和實驗室里呆了很多小時。我最近的機器工作是對練習期間鏡子之間的距離進行精確測量。在實踐中，這意味著幾個小時穿著乾淨的衣服，靠在一個很大的房間裡的鋼桌子上，通常在深夜工作。

^{我打開控制Wikimedia}

如果我讓這個聲音變得容易，那不是。 Ligo滲透到針對探測器的突破性技術中滲出的。每個4公里長的干涉儀臂必須對地球曲率進行校正。每個探測器必須與地面振動中精確隔離，並且必須處於真空中，以使污染物和氣體不會損壞鏡子之間的激光光。

這兩個檢測器一次必須一次獲取數據 - 從不丟失一個數據點，也永遠不會落後。當您的探測器分佈在幾公里上時，這本身就是一個技術挑戰。 Ligo是一種工程和物理奇蹟，是有史以來最精緻的機器之一，成為其中一部分令人興奮。

埃德·道，物理學的讀者，謝菲爾德大學

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