歐洲愛(ài)因斯坦望遠(yuǎn)鏡藝術(shù)圖 ?圖片來(lái)源：ET概念設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)

5年前，當(dāng)物理學(xué)家首次探測(cè)到引力波時(shí)，他們?yōu)橛钪娲蜷_(kāi)了一扇新的窗戶(hù)。引力波是大質(zhì)量黑洞或中子星碰撞時(shí)產(chǎn)生的漣漪?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)在計(jì)劃更大、更靈敏的探測(cè)器。而且，美歐之間的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)初露端倪，美國(guó)科學(xué)家提出建造更大的探測(cè)器，而歐洲研究人員則在追求更激進(jìn)的設(shè)計(jì)。

“目前，我們只捕捉到最罕見(jiàn)、最響亮的事件，但在宇宙中還有更多的聲音?！泵绹?guó)加州州立大學(xué)天體物理學(xué)家Jocelyn Read說(shuō)。加州理工學(xué)院物理學(xué)家David Reitze也表示，物理學(xué)家希望新的探測(cè)器能在21世紀(jì)30年代運(yùn)行，這意味著他們必須現(xiàn)在就開(kāi)始計(jì)劃?！耙Σǖ陌l(fā)現(xiàn)已經(jīng)吸引了全世界的目光，所以現(xiàn)在是思考接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么的好時(shí)機(jī)?！?/p>

目前的探測(cè)器都是L形的儀器，叫做干涉儀。激光在懸掛在每條臂的兩端的鏡子之間反射，有些光線(xiàn)會(huì)漏出來(lái)，在L形臂的彎處會(huì)合。在那里，光的干涉方式取決于臂的相對(duì)長(zhǎng)度。通過(guò)監(jiān)測(cè)這種干擾，物理學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)的引力波，這種引力波會(huì)使臂的相關(guān)數(shù)值產(chǎn)生不同程度的變化。

因此，為了探測(cè)空間的微小拉伸，干涉儀的臂必須很長(zhǎng)。發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)引力波的位于路易斯安那州和華盛頓州的激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO），臂長(zhǎng)達(dá)4公里。位于意大利的Virgo探測(cè)器有3公里長(zhǎng)的臂。

現(xiàn)在，研究人員現(xiàn)在想要一種靈敏度比現(xiàn)有設(shè)備高10倍的探測(cè)器。它能發(fā)現(xiàn)可觀(guān)測(cè)宇宙中所有的黑洞合并，甚至可以追溯到第一批恒星出現(xiàn)之前，從而尋找大爆炸中形成的原始黑洞。它還應(yīng)該能發(fā)現(xiàn)數(shù)百個(gè)“千新星”，揭示中子星超密度物質(zhì)的本質(zhì)。

美國(guó)科學(xué)家對(duì)新探測(cè)器的愿景很簡(jiǎn)單。“我們只想把它做得非常非常大。”Read說(shuō)。Read正在幫助設(shè)計(jì)“宇宙探索者”—— 一個(gè)臂長(zhǎng)40公里的干涉儀，本質(zhì)上是一個(gè)放大了10倍的LIGO。

指導(dǎo)了LIGO建設(shè)的加州理工學(xué)院物理學(xué)家Barry Barish說(shuō)，這種批量設(shè)計(jì)可能使美國(guó)能夠負(fù)擔(dān)得起多個(gè)分離的探測(cè)器，這將有助于新設(shè)備像現(xiàn)在的LIGO和Virgo一樣精確定位天空中的事件源。

但安置這樣巨大儀器可能很棘手。40公里的臂必須是直的，但地球是圓的。如果L形的彎道位于地面上，那么干涉儀的末端可能必須放在30米高的護(hù)堤上。因此，美國(guó)研究人員希望找到一個(gè)碗狀區(qū)域，以便容納這種結(jié)構(gòu)。

相比之下，歐洲物理學(xué)家設(shè)想了一個(gè)地下引力波天文臺(tái)，稱(chēng)為愛(ài)因斯坦望遠(yuǎn)鏡（ET）。意大利國(guó)家核物理研究所物理學(xué)家、ET指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)合主席Michele Punturo說(shuō)：“我們想要實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠在50年內(nèi)承載（探測(cè)器）所有進(jìn)化的基礎(chǔ)設(shè)施?！?/p>

ET將由多個(gè)V形干涉儀組成，臂長(zhǎng)10公里，排列在一個(gè)深埋地下的等邊三角形中，以幫助屏蔽振動(dòng)。借助指向三個(gè)方向的干涉儀，ET可以確定引力波的偏振度，幫助科學(xué)家在天空中定位引力波的來(lái)源，并探測(cè)引力波的基本性質(zhì)。

Punturo表示，ET預(yù)計(jì)耗資17億歐元，包括用于隧道和基礎(chǔ)設(shè)施的9億歐元。研究人員正在考慮兩個(gè)地點(diǎn)，一個(gè)靠近比利時(shí)、德國(guó)和荷蘭的交匯處，另一個(gè)在撒丁島。相關(guān)計(jì)劃正在等待審議。

美國(guó)的提議則不那么成熟。研究人員希望美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供6500萬(wàn)美元用于設(shè)計(jì)工作，這樣就可以在本世紀(jì)20年代中期對(duì)這臺(tái)價(jià)值10億美元的機(jī)器做出決定。但物理學(xué)家們都希望這兩臺(tái)新設(shè)備能在2030年代中期啟動(dòng)。



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