棒状引力波探测器

　　棒状引力波探测器是最早的一种引力波探测器，是20世纪60年代美国马里兰大学的约瑟夫·韦伯（Joseph Weber）首先制造的，因此也称为韦伯棒（Weber bar）。采用铝质实心圆柱，长2米，直径1米，用细丝悬挂起来。这样的圆柱具有很高的品质因子（阻尼系数的倒数），振动时的能量损失率很小，本征频率在1k赫兹以上。当引力波照射到圆柱上时圆柱会发生谐振，继而可以通过安装在圆柱周围的压电传感器检测出来。它的缺点是容易受到地震、空气振动、温度和湿度变化、空气分子布朗运动的干扰。为排除这些干扰，韦伯在相距1000公里的地方放置了两个相同的棒状探测器，只有两个探测器同时检测到的振动才被记录下来。1968年，韦伯宣称他的探测器得到了可靠的结果，立刻引起轰动，但是后来的重复实验都得到了零结果，并且发现韦伯的棒状探测器的噪声远远大于引力波带来的响应。此后意大利、澳大利亚、美国的科学家都相继建造了类似的铝质圆柱形探测器，有的采取了更复杂的减震、低温、真空等措施排除干扰，如意大利在罗马附近建造的重2.3吨、温度冷却到0.1K的棒状波探测器。但是这些探测器都没有得到令人信服的证据。

　　引力波是爱因斯坦的广义相对论预言的一种时空波动，激光干涉引力波天文台设计目标是检测密近双星、超新星爆发、致密星的合并、宇宙弦等天体物理过程中产生的引力波。20世纪60年代美国科学家约瑟夫·韦伯建造了铝制的棒状引力波探测器，试图用谐振原理探测引力波，后来世界各国又陆续建造了一些棒状探测器，但是效果并不理想。1970年代，加州理工学院的莱纳·魏斯等人意识到用激光干涉方法探测引力波的可能性，但是引力波的探测要求仪器的灵敏度达到能够检测长度到为10-21量级的变化，也就是1000米的长度上变化10-18米，相当于质子尺度的千分之一，对技术的要求极其苛刻。20世纪90年代，如此高灵敏度所需的技术条件逐渐成熟。1991年，麻省理工学院与加州理工学院在美国国家科学基金会的资助下，开始联合建设激光干涉引力波天文台。为了降低地震对系统带来的干扰，光学装置安装在结构复杂的防振台上，为降低空气分子热运动的影响，光路中抽成10-12大气压的真空。此外还要在路易斯安那州和华盛顿州建造两个相同的探测器，彼此相距3000公里。只有两个探测器同时检测到的信息才有可能是引力波的信号。

　　据外媒报道，爱因斯坦预言的时空结构震荡论认为，由于超新星爆炸、中子星与黑洞等天体相撞，致使宇宙中产生神秘的引力波。近日欧洲科学家获得引力波的存在证据，从而证实了爱因斯坦理论的正确性。

　　据悉，在欧洲引力波探测计划中，科学家在德国汉诺威的GEO600引力波观测站和意大利比萨的处女座（Virgo）引力波探测器处使用陆基引力波天线。德国汉诺威的GEO600引力波观测站的干涉仪臂长达600米，是德英联合项目；而处女座引力波探测器臂长更是达到3000米，是意大利、法国、波兰、匈牙利四个国家联合研究的项目。

中子星-内部结构模型图　　根据相对论可知，高速运动的物体和宇宙中大质量的天体碰撞都会产生极强的引力波， 当这些引力波传到地球上时会变得微乎其微，因此地球需要极高灵敏度的引力波观测站来探测引力波。

　　科学家目前用激光干涉仪来探测引力波，这种仪器得机构由两条互相垂直的长臂组成，长臂的两端挂有两面高反射率的镜子，激光打入到仪器长臂后，从而激光束在镜子之间来回反射。而科学家对此进行由于光程差引起的微小变化的检测，这个微小变化仅仅有质子直径大小。

　　此外，对引力波的检测需要极其高的技术条件：比如隔离真空、隔离振动等。隔离振动包括外部环境致使的振动和内部设备引起的振动。

　　引力波监测需要多个地面站同时工作，这些地面站的探测装置都是相同的，这样可以最大程度上来减小仪器测试产生的误差；而在监测过程中，必须同时接收同样的信号，这样可以避免受到地面信号源的干扰，从而保证引力波信号源的探测的精准性。

　　德国马克斯普朗克引力物理研究所、德国汉诺威莱布尼兹大学的哈特穆·特格罗特博士通过监测比较认为： GEO600引力波观测站和Virgo引力波探测器在600HZ以上的中/高频波段的灵敏度十分相似。这对科学家来说是一件非常有趣的事，科学家可以通过此波段寻找超新星爆炸所产生的引力波，并在此基础上进行监测，可以节省时间和提高监测效率。

　　据已知研究表明，伽马射线是最强的引力波来源之一，而中子星或黑洞也都是引力波极佳的探测源。不过即使是中子星或黑洞碰撞所传到地球的引力波信号也非常微弱，因而能监测到的概率非常小。