GEO600 es un detector de ondas gravitacionales ubicado cerca de Sarstedt , una ciudad a 20 kilómetros (12 millas) al sur de Hannover , Alemania. Está diseñado y operado por científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional , el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Universidad Leibniz de Hannover , junto con la Universidad de Glasgow , la Universidad de Birmingham y la Universidad de Cardiff en el Reino Unido, y está financiado por la Sociedad Max Planck y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC).
El GEO600 es capaz de detectar ondas gravitacionales en el rango de frecuencia de 50 Hz a 1,5 kHz, [1] y forma parte de una red mundial de detectores de ondas gravitacionales. [2] Este instrumento, y sus detectores interferométricos hermanos, cuando están en funcionamiento, son algunos de los detectores de ondas gravitacionales más sensibles jamás diseñados. Están diseñados para detectar cambios relativos en la distancia del orden de 10 −21 , aproximadamente el tamaño de un solo átomo en comparación con la distancia del Sol a la Tierra. La construcción del proyecto comenzó en 1995. [3]
En marzo de 2020, la pandemia de COVID-19 obligó a suspender el funcionamiento de otros observatorios de ondas gravitacionales como LIGO y Virgo (y en abril de 2020, KAGRA ), pero GEO600 continuó sus operaciones. [4]
A partir de 2023 [actualizar], GEO600 estará activo en sus operaciones de observación de ondas gravitacionales. [5]
En la década de 1970, dos grupos en Europa, uno dirigido por Heinz Billing en Alemania y otro dirigido por Ronald Drever en el Reino Unido, [6] iniciaron investigaciones sobre la detección de ondas gravitacionales mediante interferometría láser. En 1975, el Instituto Max Planck de Astrofísica en Múnich comenzó con un prototipo de brazo de 3 metros (9,8 pies) de longitud, que dio lugar a un prototipo con brazo de 30 metros (98 pies) de longitud en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching en 1983. En 1977, el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow comenzó investigaciones similares, y en 1980 comenzó a operar un prototipo de 10 metros (33 pies). [7] [8]
En 1985, el grupo de Garching propuso la construcción de un gran detector con un brazo de 3 kilómetros (2 millas) de longitud; el grupo británico propuso un proyecto equivalente en 1986. Los dos grupos combinaron sus esfuerzos en 1989: nació el proyecto GEO, en el que las montañas Harz , en el norte de Alemania, se consideraban un lugar ideal. Sin embargo, el proyecto no fue financiado por problemas financieros. Así, en 1994 se propuso un detector más pequeño: el GEO600, que se construiría en las tierras bajas cerca de Hannover, con brazos de 600 metros (2.000 pies) de longitud. La construcción de este detector de ondas gravitacionales británico-alemán comenzó en septiembre de 1995. [8] [9]
En 2001, el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI) en Potsdam se hizo cargo de la sucursal de Hannover del MPQ y, desde 2002, el detector es operado por un Centro de Física Gravitacional conjunto del AEI y la Leibniz Universität Hannover, junto con las universidades de Glasgow y Cardiff. Desde 2002, GEO600 participó en varias ejecuciones de datos en coincidencia con los detectores LIGO. [8] En 2006, GEO600 alcanzó la sensibilidad de diseño, pero hasta ahora no se ha detectado ninguna señal. El próximo objetivo es reducir el ruido restante en otro factor de aproximadamente 10, hasta 2016. [10] [11] [ necesita actualización ]
El GEO600 es un interferómetro de Michelson . Consta de dos brazos de 600 metros de longitud (2000 pies), por los que pasa el haz láser dos veces, de modo que la longitud efectiva del brazo óptico es de 1200 metros (3900 pies). Los principales componentes ópticos están ubicados en un sistema de ultra alto vacío, con una presión de menos de 10 −8 mbar. [1]
Para realizar mediciones precisas, la óptica debe estar aislada del movimiento del suelo y otras influencias del entorno. Por este motivo, todos los detectores de ondas gravitacionales interferométricos basados en tierra suspenden sus espejos como péndulos de varias etapas. Para frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia del péndulo, los péndulos proporcionan un buen aislamiento contra las vibraciones. Todas las ópticas principales del GEO600 están suspendidas como péndulos triples, para aislar los espejos de las vibraciones en el plano horizontal. La masa superior e intermedia están colgadas de resortes en voladizo, que proporcionan aislamiento contra el movimiento vertical. En la masa superior hay seis actuadores de bobina-imán que se utilizan para amortiguar activamente los péndulos. [12] Además, toda la jaula de suspensión se asienta sobre cristales piezoeléctricos. Los cristales se utilizan para un "sistema de aislamiento sísmico activo". Mueve toda la suspensión en la dirección opuesta al movimiento del suelo, de modo que el movimiento del suelo se cancela. [13]
Los espejos principales del GEO600 son cilindros de sílice fundida con un diámetro de 18 centímetros (7,1 pulgadas) y una altura de 10 centímetros (3,9 pulgadas). El divisor de haz, con dimensiones de 26 centímetros (10 pulgadas) de diámetro y 8 centímetros (3,1 pulgadas) de espesor, es la única pieza óptica transmisiva en el camino de alta potencia, por lo que se fabricó a partir de sílice fundida de grado especial. Se ha medido que su absorción es menor de 0,25 ppm por 1 centímetro (0,39 pulgadas). [14]
GEO600 utiliza muchas técnicas y hardware avanzados que se planea utilizar en la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales terrestres:
Otra diferencia con otros proyectos es que GEO600 no tiene cavidades para los brazos.
La sensibilidad a la deformación de las ondas gravitacionales se mide generalmente en densidad espectral de amplitud (ASD). La sensibilidad máxima del GEO600 en esta unidad es de 2×10 −22 1/ √ Hz a 600 Hz. [20] En frecuencias altas, la sensibilidad está limitada por la potencia del láser disponible. En el extremo de baja frecuencia, la sensibilidad del GEO600 está limitada por el movimiento sísmico del suelo.
En noviembre de 2005, se anunció que los instrumentos LIGO y GEO habían iniciado una serie de experimentos científicos conjuntos . [21] Los tres instrumentos (los de LIGO están ubicados cerca de Livingston , Luisiana, y en el sitio de Hanford , Washington, en los EE. UU.) recopilaron datos durante más de un año, con pausas para realizar ajustes y actualizaciones. Esta fue la quinta serie de experimentos científicos de GEO600. No se detectaron señales en las series anteriores.
La primera observación de ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015 fue anunciada por las colaboraciones de interferómetros LIGO y Virgo el 11 de febrero de 2016. [22] [23] Sin embargo, el interferómetro Virgo en Italia no estaba funcionando en ese momento, y el GEO600 estaba en modo de ingeniería y no es lo suficientemente sensible, por lo que no pudo confirmar la señal. [23] [24] El GEO600 comenzó a tomar datos simultáneamente con Advanced LIGO el 18 de septiembre de 2015. [24]
El 15 de enero de 2009 se informó en New Scientist que un ruido aún no identificado que estaba presente en las mediciones del detector GEO600 podría deberse a que el instrumento es sensible a fluctuaciones cuánticas extremadamente pequeñas del espacio-tiempo que afectan las posiciones de partes del detector. [25] Esta afirmación fue hecha por Craig Hogan , un científico de Fermilab , sobre la base de su propia teoría de cómo deberían ocurrir tales fluctuaciones motivadas por el principio holográfico . [26]
El artículo de New Scientist afirma que Hogan envió su predicción de "ruido holográfico" a la colaboración GEO600 en junio de 2008 y, posteriormente, recibió un gráfico del exceso de ruido que "parecía exactamente igual a mi predicción". Sin embargo, Hogan sabía antes de ese momento que el experimento estaba encontrando ruido excesivo. El artículo de Hogan publicado en Physical Review D en mayo de 2008 afirma: [27]
La concordancia aproximada del ruido holográfico previsto con un ruido que de otro modo no se explicaría en GEO600 motiva estudios más profundos.
Hogan cita una charla de 2007 de la colaboración GEO600 en la que ya se menciona el "ruido 'misterioso' de banda media", y en la que se representan gráficamente los espectros de ruido. [28] Se hizo una observación similar en un artículo de GEO600 presentado en octubre de 2007 y publicado en mayo de 2008: [29]
En la región entre 100 Hz y 500 Hz se encuentra una discrepancia entre la suma no correlacionada de todas las proyecciones de ruido y la sensibilidad real observada.
Es muy común que los detectores de ondas gravitacionales detecten un exceso de ruido que luego se elimina. Según Karsten Danzmann, el investigador principal del GEO600, [25]
El trabajo diario de mejorar la sensibilidad de estos experimentos siempre genera algún ruido excesivo [...]. Trabajamos para identificar su causa, eliminarla y abordar la siguiente fuente de ruido excesivo.
Además, algunas nuevas estimaciones del nivel de ruido holográfico en interferometría muestran que debe ser mucho menor en magnitud de lo que afirmó Hogan. [30]
No sólo se registra la salida del fotodiodo principal, sino también la salida de una serie de sensores secundarios, por ejemplo fotodiodos que miden rayos láser auxiliares, micrófonos, sismómetros, acelerómetros, magnetómetros y el rendimiento de todos los circuitos de control. Estos sensores secundarios son importantes para el diagnóstico y para detectar influencias ambientales en la salida del interferómetro. El flujo de datos se analiza parcialmente mediante el proyecto de computación distribuida ' Einstein@home ', un software que los voluntarios pueden ejecutar en sus computadoras.
A partir de septiembre de 2011, tanto los detectores VIRGO como LIGO se apagaron para realizar actualizaciones, dejando a GEO600 como el único interferómetro láser a gran escala en funcionamiento que busca ondas gravitacionales. [31] Posteriormente, en septiembre de 2015, los detectores LIGO avanzados entraron en funcionamiento y se utilizaron en el primer ciclo de observación 'O1' con una sensibilidad aproximadamente 4 veces mayor que la del LIGO inicial para algunas clases de fuentes (por ejemplo, sistemas binarios de estrellas de neutrones), y una sensibilidad mucho mayor para sistemas más grandes con su radiación máxima en frecuencias de audio más bajas. [32] Estos detectores LIGO avanzados se desarrollaron bajo la Colaboración Científica LIGO con Gabriela González como portavoz. Para 2019, la sensibilidad de los nuevos detectores LIGO avanzados debería ser al menos 10 veces mayor que la de los detectores LIGO originales. [ necesita actualización ]
{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )Charla de K. Strain "El estado actual del GEO600"
