Wie wird thermisches Rauschen in LIGO vermieden?

Ich glaube, ich habe das Prinzip von LIGO richtig verstanden , allerdings ist die Empfindlichkeit rund 10 − 18   M der Verzerrungsgenauigkeit. Das sieht ziemlich klein aus ... nur beginnend mit einfacheren Phänomenen, zum Beispiel Wärmeausdehnung. Um eine Wärmeausdehnung zu vermeiden, muss die Temperatur innerhalb einer Variation von kontrolliert werden 10 − 10   K oder 10 − 11   K entlang der Rohre.

Ich vermute, dass die Rohre nicht exakt sein müssen 4   k M Gleich wie die Laser synchronisiert werden können, obwohl die Entfernung nicht genau 4km im Bereich von ist [ 10 − 18   M ]

Wie wird das thermische Rauschen derzeit in LIGO vermieden, das mit der Aufhängung und dem nicht vollständigen Vakuum zusammenhängt?

Es wurde bereits gezeigt, dass die Grenzfrequenz niedrig ist, aber wie wird das erreicht? Welche Materialien und Isolierung unterstützten es?

Sie können es ausführlich im technischen Designbericht und anderen Dokumenten zum Instrument nachlesen: dcc.ligo.org/cgi-bin/DocDB/ListTopics . Die effektive Länge der Interferometerarme beträgt übrigens 1600 km, nicht 4 km, daher bin ich mir nicht sicher, ob Ihre Schätzung zur Temperaturregelung korrekt ist. Allerdings benötigt das Instrument keine DC-Stabilität und das Rauschen steigt sehr schnell unterhalb seines beabsichtigten Betriebsfrequenzbereichs an.
Ich habe ihr Web ligo.caltech.edu/page/ligos-ifo verwendet , jedenfalls wird mein Argument für einen Unterschied von Faktor 2 oder 3 nicht in Frage gestellt ...
Die Länge der Rohre ist nicht der relevante Faktor. Das Licht in diesen Interferometerarmen geht 400 Mal vor und zurück, um die effektive Größe des Instruments viel größer als seine physische Größe zu machen. Das wird übrigens auch auf der gleichen Seite erklärt. Der Schlüssel zur Stabilität des Instruments ist, wie gesagt, dass es nur bei ziemlich hohen Frequenzen funktioniert, wo alle terrestrischen Geräuschquellen kontrolliert werden können. Zukünftige weltraumgestützte Gravitationswellen-Observatorien werden nicht unter dieser Einschränkung leiden.
Wie stellt dieses Argument mein Argument über die Temperatur in Frage? Es wird seine Wirkung verstärken, da es die Wirkung der Gravitationswelle verstärkt.
Genau darum ging es mir. Das Problem ist schwieriger, nicht einfacher. Es ist wahrscheinlich auch weniger relevant als Sie denken, denn was zählt, ist nicht die absolute Kontrolle der Temperatur, sondern die unterschiedliche Kontrolle ihrer Drift zwischen zwei Armen über die Designbandbreite. Die thermischen Massen sind sicherlich groß, der durchschnittliche Abstand der Spiegel kann durch das Interferometer selbst gesteuert werden, was das Driftproblem stark reduziert. Was durch das Interferometer nicht so einfach reduziert werden kann, ist das seismische Rauschen im Band, und ich glaube, das war das Hauptproblem beim ursprünglichen LIGO-Design.
Ich verstehe Ihr Argument über die Schwierigkeiten bei seismischem Rauschen, was ebenfalls eine Herausforderung darstellt, und wie das Interferometer einen stabilen Temperaturunterschied vermeiden kann. Jede Messung dauert jedoch etwa 5 ms, bis sich der Laser bewegt, und wir müssen sicherstellen, dass kein Arm des LIGO die Temperatur ändert 10 − 10 K in dieser Zeit. Sieht für mich wirklich herausfordernd aus
Die Temperatur ändert sich nur, wenn sich die Strahlungsbilanz ändert. Denken Sie daran, dass all diese Dinge im Vakuum sind und extrem gut kontrolliert werden. Die Testmassen von LIGO sind 40 kg Quarzglasspiegel ... das ist eine Menge thermische Masse, die nur größer wird, wenn man sich in Richtung der Spiegelhalterungen und dann der Fundamente bewegt, auf denen das Experiment ruht.
Die Röhren sind abgedeckt, um sie von der äußeren Umgebung zu isolieren, sodass die Strahlung das interne Vakuum nicht beeinflusst. Dennoch sprechen wir über die Bewegung von der Größe eines Atoms in 5 ms. Der Spiegel wird in einer Struktur montiert, die thermische Energie leitet, und kann diese kleine Temperaturschwankung dennoch sichergestellt werden? Wie messen wir, dass das nicht passiert?
Ich habe die technischen Dokumente nicht gelesen, aber es scheint offensichtlich, dass sie eine negative Rückkopplungsschaltung verwenden, um das Signal über Zeitskalen von einigen zehn Sekunden kontinuierlich auf Null zu setzen. Diese Skala ist viel langsamer als die Signale, für die sie empfindlich sind (daher stört sie das Abrufen der Daten nicht), aber viel schneller als Probleme wie thermische Schwankungen an den Armen und andere Umgebungsschwankungen (so dass das System immer in einem verwendbaren Zustand ist). ). @CuriousOne hat versucht, darauf hinzuweisen, indem er über Bandbreite gesprochen hat, aber Sie haben diesen Punkt möglicherweise nicht befolgt.
Wenn das Interferometer driftet, erzeugt es ein Ausgangssignal in Form von Rauschen. Wenn dieses Geräusch zu hoch ist, wissen Sie, dass Ihre Wärmedämmung usw. nicht funktioniert. Wir sprechen hier nicht von der Bewegung einzelner Atome, wir sprechen von der durchschnittlichen Bewegung einer großen thermischen Masse. Wenn Sie sich Avogadros Zahl ansehen (sie ist GROSS!), ist die Mittelung über so viele Atome überraschend effektiv. Aber im Ernst, wenn Sie wissen wollen, wie man so etwas baut, lesen Sie einfach die Dokumentation. Es ist alles öffentlich, nichts ist geheim.
Das Abstandsmaß ist viel kleiner als die Größe eines Atoms. Ich verstehe den Punkt von zehn Sekunden, aber was ich versuche zu sagen, ist, dass die Temperaturänderung, über die wir sprechen, um einen Unterschied im Signal zu bemerken, so gering ist, dass eine kleine Störung in einer Kante dabei bemerkt wird Ebene in der anderen Kante. Ich weiß, dass es Vakuum gibt, aber schließlich werden die Spiegel Stützen haben, die der Leitung ausgesetzt sind.
Definitiv kein Duplikat – Wärmeausdehnung und seismische Vibrationen stehen in keinem Zusammenhang.
Meine Frage war eine allgemeine Frage zu allen Effekten und zur Hervorhebung eines bestimmten Problems im Zusammenhang mit der Temperatur. Diese Frage beantwortet nur einen Teil der Frage in Bezug auf Vibrationen, nicht jedoch die Temperaturfrage. Eigentlich wurde diese Frage schon früher gestellt, die duplizierte ist die andere.
Wie erhalte ich eine Antwort auf meine Frage? Wie werden thermische Fehler vermieden?

Antworten (1)

Das LIGO-Experiment misst nicht die Länge der Röhren, sondern die Längenänderungen der Röhren.

Es hat auch eine untere Grenzfrequenz von 10 Hz, sodass Störungen, die langsamer als 10 Hz sind, die Messungen nicht beeinflussen. Insbesondere Temperaturänderungen treten auf einer Zeitskala von Stunden auf. Wenn sie also die Länge der Röhre ändern, spielt das keine Rolle. Wenn LIGO die misst 10 − 18 m Änderung der Rohrlänge spielt es keine Rolle, ob diese mittags etwas länger ist als um Mitternacht.

Die akzeptierte Antwort auf die als Duplikat vorgeschlagene Frage: Wie beseitigt LIGO die Auswirkungen von Umgebungslärm? , enthält ein Diagramm möglicher Störungen als Funktion der Frequenz, und Sie werden feststellen, dass die Frequenzskala nicht unter 1 Hz geht, da Frequenzen darunter keine Rolle spielen.

Meine Frage ist, wie wir derzeit das thermische Rauschen vermeiden. Der bereitgestellte Link (und alle in der Antwort enthaltenen Links) beziehen sich auf den aktuellen Geräuschpegel und beschreiben nur den Ansatz für das sismische Geräusch. Meine Frage ist, wie können wir diesen Lärmpegel erreichen? Die Antwort ist unvollständig
LIGO misst nicht die Länge der Arme, sondern die benötigte Zeit , wie in meiner Antwort hier angegeben
@TrebiaProject.: Der Punkt ist, dass die Frequenz des thermischen Rauschens zu niedrig ist, um LIGO zu beeinflussen - die Temperaturänderungen erfolgen zu langsam.
Das habe ich verstanden, aber deshalb, nicht wie. Ich meine, wenn Sie Kupfer anstelle des verwendeten Materials einführen, wird die Frequenz sicher steigen. Meine Frage ist, wie sie diese niedrige Frequenz erreichen können, welche Materialien und welche Suspensionsisolierung verwendet wurden?
Wie wird thermisches Rauschen in LIGO vermieden?
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