概述

引力波简介

工作原理

工作情况

概述

激光干涉引力波观测站（ Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）LIGO是加州理工学院（Caltech）和麻省理工学院（MIT）的合作实验室，现在也有其他的大学参与。实验资金来源于美国国家科学基金会。LIGO是用来寻找宇宙中的引力波，从可以而验证黑洞的存在和检验广义相对论。

LIGO主要有两个观测点，位于路易斯安那Livingston Parish的LIGO Livingston观测点，和华盛顿 Hanford的LIGO Hanford观测点。除此之外，在加州Passadena 的Caltech校园中还有LIGO 40m Prototype 。

引力波简介

引力波又称重力波、引力辐射。在变化的电场或磁场会不断激发电磁场，最终以电磁波的形式将能量传播出去。类似地，当重力场发生变化时，也会形成引力波。理论上引力波及其微弱，只有当重力场变化剧烈时，才有可能被观测到，这样的条件往往只有在强重力场中才可能发生。所以一般超新星和黑洞是最有可能产生可被观测到的引力波。

工作原理

Livingston和 Hanford两个观测站通过长达4千米的束管发射激光，以便于探测在广义相对论中所预言的与重力波传播密切相关的空间微小扭曲现象。激光束彼此之间呈直角。重力波可能使一个受到压缩而使另一个被伸长，这就导致当光束集合在一起时形成微弱的闪光。关于重力波的试验:

实验室场景一

朴素的台面和擦亮的镜子悬挂试验架上，就像试验台上的一个钟摆。虽然此镜子可以透过可见光，但反射的几乎是干涉仪中激光发出的近100%的红外光。此干涉仪是包含有激光的一种仪器，利用红外线激光束发出的光线，能非常精确地测量距离。此激光束越长，此干涉仪就越灵敏。当特别强大的重力波经过此干涉仪时，它将会因时空扭曲而稍微改变此仪器的长度。

实验室场景二

俯视美国加利福尼亚理工学院干涉仪的顶上，可以看到一个“L”形装置，其每一条胳膊都包含有一个可以延伸40米的激光束。这些不锈钢室被抽空只剩下大约十亿分之一的大气，为激光束创造了一个非常重大且必要的真空环境。

这类似于华盛顿州和路易斯安那州的干涉仪样机，只是比较小一点。后者的胳膊可以测量4公里处的数据。这二处类似的装置让科学家来证实异常探测确实是重力波路过，而不是汽车经过此实验室。

实验室场景三

在此真空室中，激光束分裂器位于此干涉仪2条胳膊的交叉处，即“L”形的拐点上。此工作台是由一系列镜子、过滤器和其它光学装置构成。从这里看，此红外线激光束被输送到了此系统的每一条胳膊深处。每一束激光被用来校准同样的极端精确的回声。如果一束激光碰到了任何干涉，另一束激光就能测量到它。

探测重力波的问题是它们作用地球的效果变化特别小。由遥远事件产生的强大重力波等到它们到达地球时已经相当微弱了。正因为如此，用于探测重力波的仪器得特别精确和精细。图片左边是此干涉仪一条胳膊的一个终端，包含4面主镜中的一面，和各种各样的较小镜子在一起。这些镜子被用来校准和排列此激光。此主镜将激光束反射回“L”形的拐点上，以进行测量。

实验室场景五

此激光（在分裂之前）起源于右图上的白色管子中。这些管子里含有精心制作的精密仪器，用于探测尽可能多的信号噪音。此实验室中工作的噪音校正技术令人难以置信，它们具有一层层的隔离保护。此激光束来自一个20厘米的石英管中，此石英管悬挂在钟摆上。钟摆本身具有弹簧、地震隔离堆和真空室。

此悬浮的圆柱中前后回弹的光子以干涉仪运转的精确波长引起共鸣。任何频率的变化或此激光束长度的偏移会导致此真空室不会出现共鸣现象，从而能被此系统测量出来。

实验室场景六

此干涉仪一条胳膊未端的一个光学台面被用于监测激光束的强度、位置和角度。

实验室场景七

此光学台面用于感知来自此干涉仪胳膊交叉点上不同出口的光线，在这里有一天会探测到重力波的。为实现这一目标，它的上面覆盖有激光干涉重力波观测台建造的传感器。

实验室场景八

中心的3个盒子是象限光电二极管(QPDs)，用于探测激光束的位置。

实验室场景九

激光干涉重力波观测台样机干涉仪需要大约十亿分之一大气的特别真空的环境，相当于低地球轨道运行中所发现的真空水平。为了达到此极度真空的状态，得配备一个自由振动的磁悬浮的涡轮泵才行。这里所拍摄的图片是真空歧管和远程控制阀，可帮助驱动此真空。

实验室场景十

这些充气风箱让干涉仪胳膊长度可以被用于调节来弥补此不锈钢的温度膨胀变化。如果没有这些风箱，当周围温度每一次变化时，高真空室将会被扯下来，拖拉到地板上。

工作情况

迄今为止，重力波研究并没有出现在项目第一期计划的四个实验中。有关分析也只是涉及到重力波的种类探讨。LIGO干涉仪能够搜索一些老化的行星崩解时所发出的冲击波，例如，两个密度很大的行星相撞时会发出高频波。其他的两支研究队伍，一个致力于研究电磁脉冲的周期性来源，另一个致力于早期宇宙留下的重力波背景，目前还没有什么明确的收获。从2000年10月开始运行以来，LIGO的科学家一直在努力减少噪音的影响--比如地震引起的振动和在路易斯安那伐木所带来的噪音--一些会使机器摇动并且阻碍机器寻找重力波的微弱信号（科学，2002年8月16日）。[2]