KAGRA

KAGRA
Kamioka Gravitational Wave Detector
Одно из плеч во время строительства KAGRA
Одно из плеч во время строительства KAGRA
Тип Детектор гравитационных волн
Расположение Обсерватория Камиока[англ.], префектура Гифу, Япония.
Координаты 36°24′43″ с. ш. 137°18′21″ в. д.HGЯO
Высота 414 м
Дата открытия 22 июня 2010
Дата начала работы 20 февраля 2020
Сайт gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/… (англ.)
gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp (яп.)
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

KAGRA (англ. Kamioka Gravitational Wave Detector рус. Детектор Гравитационных Волн Камиока), ранее называемый LCGT (англ. Large Cryogenic Gravity Telescope рус. Большой Криогенный Гравитационно-Волновой Телескоп) — японский детектор гравитационных волн, расположенный примерно в 200 км к западу от Токио, в подземной шахте Камиока в бывшем посёлке Камиока[яп.] (ныне часть города Хида) в префектуре Гифу в Японии. Он управляется Институтом исследований космических лучей[англ.] (ICCR — Institute for Cosmic Ray Research) Токийского университета.[1] Это первый в Азии детектор гравитационных волн, первый в мире, построенный под землёй, в подземной шахте, и первый в мире детектор в котором используются криогенные зеркала изготовленные из сапфира и охлаждаемые до 20 градусов выше абсолютного нуля −253,15 °C (20 К) для уменьшения теплового шума.[2]

История

[править | править код]

ICCR был учреждён в 1976 году для исследования космических лучей. Проект LCGT был утверждён 22 июня 2010 года. В январе 2012 года переименован в KAGRA, где «KA» происходит от его местоположения в подземный шахте Камиока, а «GRA» — от гравитации и гравитационных волн.[3] Проект возглавляет лауреат Нобелевской премии по физике 2015 года, за открытие нейтринных осцилляций, Такааки Кадзита, сыгравший важную роль в финансировании и строительстве проекта.[4]

Были сконструированы два интерферометра прототипа детектора гравитационных волн для разработки технологий, необходимых для разработки KAGRA. Первый, TAMA 300, расположенный в городе Митака в кампусе Национальной астрономической обсерватории Японии, оснащен двумя 300-метровым плечами, и работал в 1998—2008 годах, что продемонстрировало осуществимость проекта создания KAGRA. Второй, CLIO[англ.], оснащенный 100-метровыми плечами, работает с 2006 года под землей рядом с KAGRA и используется для разработки криогенно охлаждаемых зеркал, которые должны повысить точность измерений KAGRA.

KAGRA имеет два плеча длиной 3 км, которые образуют лазерный интерферометрический детектор гравитационных волн. Используемый лазер имеет мощность около 80 Вт. Нижний предел обнаружения детектора — при амплитудах 3·10−24 на частоте 100 Гц. Он построен в Обсерватория Камиока[англ.] (яп. 神岡宇宙素粒子研究施設 Камиока утю: сорю:си кэнкю: сисэцу), нейтрино и гравитационо волновой лаборатории, находящейся под землей в шахте Модзуми, принадлежащей камиокской горно-металлургической компании, недалеко от бывшего посёлка Камиока[яп.] (ныне часть города Хида), префектура Гифу, Япония. Шахта использовалась с начала 1980-х годов для обнаружения нейтрино. Однако это место не совсем подходит для KAGRA, поскольку шахта расположена в пористой скале, через которую просачивается дождевая вода. Вода проникала внутрь туннелей, и необходимо было установить водонепроницаемое покрытие, чтобы туннели оставались сухими. Весной, когда тает снег, насосы должны откачивать 1000 тонн воды в час.[5]

Ожидаемое количество распознанных событий в год — 2 или 3. KAGRA оптимизирован для обнаружения сигналов 100 Гц, которые соответствуют гравитационным волнам, излучаемым слиянием нейтронных звезд. Учитывая чувствительность KAGRA, ожидается, что он сможет распознать до 10 таких событий в год.[6] Измерения KAGRA дополнят измерения LIGO и Virgo и позволят с большей точностью определить местонахождение источника гравитационных волн.[2] Для достижения необходимой чувствительности применены уже использованные в гравитационных детекторах LIGO и VIRGO методики (система пассивной изоляции детектора от фоновых низкочастотных вибраций, лазеры большой мощности, резонаторы Фабри — Перо, метод резонансного выделения боковой полосы и пр.). Однако в отличие от двух детекторов гравитационных волн, работающих по состоянию на 2019 год — Virgo в Италии и LIGO в США — KAGRA построена под землей. Таким образом, измерения меньше подвержены влиянию окружающего шума, создаваемого деятельностью человека и природными явлениями. Вторая отличительная особенность KAGRA использованием криогенных зеркал охлаждённых до температуры −253,15 °C (20 К) для уменьшения теплового шума, а также интерферометров точки подвеса (для активного подавления фоновых вибраций).[2] Стоимость проекта на начало 2019 года составляла 16,4 млрд иен (134,4 млн евро).[5]

Строительство KAGRA было подвержено многочисленным задержкам. Первоначально предполагалось начать строительство KAGRA в 2005 году, а запуск намечался на 2009 год[7], но в дальнейшем ввод в эксплуатацию был отложен на 2018 год[8]. Строительство началось в 2010 году и было завершено завершено 4 октября 2019 года, строительство заняло девять лет. Фаза проходки туннелей началась в мае 2012 года и завершилась 31 марта 2014 года.[9] Первые испытания интерферометра (iKAGRA) начались в марте 2016 года. В 2018 году прибор начал работать с частью своей криогенной системы (bKAGRA фаза 1).[10] Однако перед началом наблюдений потребовались дополнительные технические корректировки.[11] Детектор начал свою работу 20 февраля 2020 года[12].

11 ноября 2021 года KAGRA в сотрудничестве с детекторами LIGO и Virgo зарегистрировал своё первое гравитационно-волновое событие[13][14].

См. также

[править | править код]

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Mosher, Dave; McFall-Johnsen, Morgan (2019-10-05). "A powerful experiment that cracked a 100-year-old mystery posed by Einstein just got a huge upgrade". Business Insider. Архивировано 5 октября 2019. Дата обращения: 5 октября 2019.
  2. ↑ 1 2 3 A new gravitational wave detector is almost ready to join the search | Science News. Дата обращения: 28 ноября 2020. Архивировано 1 августа 2021 года.
  3. ↑ LCGT got new nickname "KAGRA". Дата обращения: 13 января 2014. Архивировано 21 апреля 2020 года.
  4. ↑ Castelvecchi, Davide (2019-01-02). "Japan' s pioneering detector set to join hunt for gravitational waves". Nature. 565 (7737): 9—10. Bibcode:2019Natur.565....9C. doi:10.1038/d41586-018-07867-z. PMID 30602755.
  5. ↑ 1 2 Japan’s pioneering detector set to join hunt for gravitational waves. Дата обращения: 28 ноября 2020. Архивировано 1 августа 2021 года.
  6. ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 28 ноября 2020. Архивировано 5 марта 2017 года.
  7. ↑ Uchiyama T. et al. Present status of large-scale cryogenic gravitational wave telescope (англ.) // Class. Quantum Grav.. — 2004. — Vol. 21, no. 5. — P. S1161—S1172. — doi:10.1088/0264-9381/21/5/115. — Bibcode: 2004CQGra..21S1161U. Архивировано 20 января 2022 года.
  8. ↑ Kuroda K. et al. Status of LCGT (англ.) // Class. Quantum Grav.. — 2010. — Vol. 27, no. 8. — P. 084004. — doi:10.1088/0264-9381/27/8/084004. — Bibcode: 2010CQGra..27h4004K. Архивировано 9 марта 2016 года.
  9. ↑ Excavation of KAGRA’s 7 km Tunnel Now Complete (31 марта 2014). Дата обращения: 27 апреля 2014. Архивировано 28 августа 2021 года.
  10. ↑ Japan’s pioneering detector set to join hunt for gravitational waves. Дата обращения: 28 ноября 2020. Архивировано 1 августа 2021 года.
  11. ↑ KAGRA gravitational-wave observatory completes construction. Дата обращения: 28 ноября 2020. Архивировано 1 августа 2021 года.
  12. ↑ KAGRA Gravitational-wave Telescope Starts Observation « KAGRA Large-scale Cryogenic Graviationai wave Telescope Project (яп.). Дата обращения: 27 февраля 2020. Архивировано 24 мая 2021 года.
  13. ↑ LIGO, Virgo, and KAGRA raise their signal score to 90 (англ.). www.aei.mpg.de. Max Plank Institute for Gravitational Physics. Дата обращения: 13 ноября 2021. Архивировано 3 июня 2023 года.
  14. ↑ The LIGO Scientific Collaboration; et al. (2021-11-17). "GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the Second Part of the Third Observing Run". arXiv:2111.03606 [gr-qc].

Литература

[править | править код]
  • Lee Billings, «Kagra, l'éveil du géant sous la montagne», Pour la science, no 506, décembre 2019, p. 50-55

Ссылки

[править | править код]