Sensor brugt på CERN kunne hjælpe gravitationsbølgejægere

Det startede med et relativt enkelt mål:Opret en prototype til en ny slags enhed til at overvåge bevægelsen af ​​underjordiske strukturer ved CERN. Men projektet - resultatet af et samarbejde mellem CERN og Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna, Rusland - udviklede sig hurtigt. Prototypen blev til flere fuldblæste enheder, der potentielt kan tjene som tidlige advarselssystemer for jordskælv og kan bruges til at overvåge andre seismiske vibrationer. Hvad mere er, enhederne, kaldet præcisionslaserhældningsmålere, kan bruges på CERN og videre. Forskerne bag projektet tester nu en enhed på Advanced Virgo -detektoren, som for nylig opdagede gravitationsbølger-små krusninger i rummet af rumtid, som Einstein forudsagde for et århundrede siden. Hvis alt går efter planen, denne enhed kunne hjælpe gravitationsbølgejægere med at minimere den støj, som seismiske hændelser har på bølgernes signal.

I modsætning til traditionelle seismometre, som registrerer jordbevægelser gennem deres effekt på vægte, der hænger fra fjedre, præcisionslaserinklinometeret (PLI) måler deres virkning på overfladen af ​​en væske. Målingen foretages ved at pege laserlys på en væske og se, hvordan det reflekteres. Sammenlignet med vægt -foråret seismometre, PLI kan registrere vinkelbevægelse ud over translationel bevægelse (op og ned og side til side), og det kan opfange lavfrekvente bevægelser med en meget høj præcision.

"PLI er ekstremt følsom, det kan endda registrere bølgerne på Genevesøen på blæsende dage, "siger hovedforsker Beniamino Di Girolamo fra CERN." Det kan opfange seismisk bevægelse, der har en frekvens mellem 1 mHz og 12,4 Hz med en følsomhed på 2,4 × 10 ⁻⁵ μrad/Hz ^½ , "forklarer co-hovedforsker Julian Budagov fra JINR." Dette svarer til at måle en lodret forskydning på 24 picometre (24 billioner af en meter) over en afstand på 1 meter, "tilføjer co-hovedforsker Mikhail Lyablin, også fra JINR.

Teamet samlede og testede PLI -prototypen på JINR og ved CERNs TT1 -tunnel. Det fungerede så godt, at det viste potentiale til at være et nyttigt seismisk system til tidlig advarsel for High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) og andre maskiner og eksperimenter. Large Hadron Collider og dets protonstråler er ekstremt robuste over for seismisk aktivitet, men HL-LHC vil bruge smallere stråler til at øge antallet af proton-protonkollisioner og som følge heraf potentialet for partikel-fysiske opdagelser. Det betyder, at bjælker er mere tilbøjelige til at gå ud af midten i tilfælde af et jordskælv i stor størrelse med et epicenter relativt tæt på CERN. PLI'er placeret flere steder langs maskinen kan tjene som tidlige advarselssystemer for sådanne begivenheder.

I betragtning af PLI's potentiale, HL-LHC-projektet har støttet teamet til at konstruere flere nye PLI'er. Et PLI er allerede installeret på Garni Seismic Observatory i Armenien, og et andet er blevet indsat med støtte fra CERN's Knowledge Transfer -gruppe og Italiens INFN -institut til European Gravitational Observatory, Italien, hvor Advanced Virgo er placeret. Virgo PLI er resultatet af et samarbejde, der startede efter APPEC -konferencen i november 2018, udløst af JINR-generaldirektøren og opmuntret af CERN-ledelsen. Samarbejdet forløb så gnidningsløst, at mindre end et år efter, Virgo PLI blev testet.

Resultaterne fra de første tests er opmuntrende. Med kun 15 minutters data taget den 6. august, PLI opfandt de samme signaler som enheder, der allerede er installeret på Virgo, og fra den dag begyndte den at køre kontinuerligt og opdagede flere jordskælv i lille størrelse. Jomfru- og PLI -teamene opretter nu datastrømmen fra PLI til Jomfru -datasystemet. Dette vil gøre det lettere at sammenligne data fra forskellige seismiske enheder og at vurdere PLI's potentielle indvirkning på Jomfruens drift og påvisning af gravitationsbølger. "Jomfruen og de to LIGO -detektorer i USA har for nylig påbegyndt en ny søgning efter gravitationsbølger, en, der vil nå dybere ind i universet end tidligere søgninger, "siger tidligere Virgo -talsmand Fulvio Ricci fra La Sapienza University, Rom. "Vi er overbeviste om, at PLI kan spille en rolle i denne vigtige søgning, " han tilføjede.