Проекты XXI века

Прецизионный лазерный инклинометр
установлен в VIRGO

В экспериментальном комплексе Интерференционной гравитационной антенны Европейского гравитационно-волнового детектора (ИГА) группой сотрудников ЦЕРН и ОИЯИ Беньямино Ди Джироламо, М.В.Ляблиным и Н.С.Азаряном установлен и запущен для мониторинга угловой микросейсмической активности прецизионный лазерный инклинометр (ПЛИ). Использование инклинометра позволит уменьшить воздействие угловых микросейсмических наклонов земной поверхности на чувствительные элементы ИГА, что в свою очередь приведет к увеличению ее чувствительности в области частот, соответствующих слиянию черных дыр и нейтронных звезд во Вселенной.

VIRGO, франко-итальянский детектор гравитационных волн - один из научных мегапроектов Европы, на котором трудятся сейчас около четырехсот сотрудников, расположен вблизи итальянского города Пиза. Основной частью детектора VIRGO является лазерный интерферометр Майкельсона, каждое плечо которого имеет длину 3 километра. Ширина диапазона детектора в совокупности с чувствительностью позволяет надеяться зафиксировать с его помощью гравитационное излучение от взрывов сверхновых и слияний двойных систем в нашей галактике. Чтобы достичь необходимой чувствительности, для VIRGO были разработаны: уникальный высокомощный ультрастабильный лазерный источник, зеркала со сверхвысоким коэффициентом отражения, сейсмические изоляторы и контроллеры положения и направления. Но до сих пор существует потребность в сейсмоизоляции до десяти чувствительных элементов антенны.

Особенность ПЛИ - регистрация зависимости углов наклона от времени и отсутствие резонансных явлений в конструкции инклинометра. Это позволяет использовать прибор в системах онлайн стабилизации оптической платформы от угловых микросейсмов. Именно этот аспект волнует больше всего сотрудников VIRGO.

Действительно, при наклонах основания интерферометрического зеркала под действием угловых микросейсмов происходит наклон точки подвеса зеркал, что приводит к его перемещению в плече интерферометра на несколько микрометров. Поскольку подобное смещение точки подвеса носит периодический характер, то это дополнительно приводит к параметрическому возбуждению колебания подвеса с зеркалом на резонансных частотах также в направлении плеча интерферометра. Совокупность этих колебаний носит непредсказуемый характер и уменьшить их амплитуду возможно только установкой основания подвеса зеркала в неизменное горизонтальное положение. Именно эта задача и является приоритетной для использования ПЛИ в системе ИГА в VIRGO.

Идея такого использования ПЛИ в системе ИГА в VIRGO принадлежит В.А.Матвееву, который обратился к Ю.А.Будагову с предложением вступить в контакт с Европейским консорциумом по астрофизике частиц (APPEC) и рассмотреть возможность применения инклинометра для улучшения чувствительности гравитационного волнового детектора. Первые контакты с руководством Европейской гравитационной обсерватории (EGO) были организованы Беньямино Ди Джироламо. Фулвио Риччи, заместитель директора EGО, посетил ЦЕРН и осмотрел ПЛИ, установленный в транспортном туннеле №1. Затем при помощи EGO, ЦЕРН и ОИЯИ была организована перевозка установки ПЛИ вблизи одного из зеркал ИГА VIRGO. На протяжении 6 месяцев показания ПЛИ будут сравниваться с действующими показаниями сейсмометров и по результатам измерений будет принято решение о возможности использования ПЛИ для сейсмоизоляции чувствительных элементов гравитационной антенны.

На снимке (слева направо): Михаил Васильевич Ляблин (ЛЯП ОИЯИ), Беньямино Ди Джироламо (ЦЕРН)
и Николай Сергеевич Азарян (ЛЯП ОИЯИ).

Работа по угловой сейсмоизоляции активных элементов ИГА VIRGO подразумевает создание проекта по модернизации установки. Для этого необходимо провести исследования на прототипе сейсмоизолированной от угловых колебаний поверхности Земли платформы. Затем на основе достигнутых результатов спроектировать, изготовить и установить элементы угловой сейсмоизоляции для зеркал, делительной пластинки и других чувствительных элементов ИГА VIRGO. Работа находится в самом начале, но уже сейчас есть уверенность в том, что применение ПЛИ открывает возможность уменьшить воздействие на чувствительные элементы ИГА VIRGO угловых микросейсмических колебаний в области частот 10^-3-10 Гц на два порядка, что, безусловно, положительно скажется на ее чувствительности.

Авторы проекта благодарят Виктора Анатольевича Матвеева и Вадима Александровича Беднякова за всестороннюю поддержку.

Елена ДУБОВИК,
по материалам сайта Джелеповской лаборатории