為一種新型設(shè)備創(chuàng)建原型 以監(jiān)控CERN地下結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

它從一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的目標(biāo)開始：為一種新型設(shè)備創(chuàng)建原型，以監(jiān)控CERN地下結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。但該項(xiàng)目 - 歐洲核子研究中心與俄羅斯杜布納核研究聯(lián)合研究所(JINR)合作的結(jié)果迅速發(fā)展。原型變成了幾個(gè)完整的設(shè)備，可以作為地震的早期預(yù)警系統(tǒng)，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)其他地震振動(dòng)。更重要的是，這些稱為精密激光測(cè)斜儀的設(shè)備可用于歐洲核子研究中心及其他設(shè)備。該項(xiàng)目背后的研究人員正在測(cè)試高級(jí)處女座探測(cè)器中的一個(gè)裝置，該探測(cè)器最近探測(cè)到引力波 - 在一個(gè)世紀(jì)前由愛(ài)因斯坦預(yù)測(cè)的時(shí)空結(jié)構(gòu)中的微小波紋。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，

與傳統(tǒng)的地震儀不同，傳統(tǒng)的地震儀通過(guò)對(duì)彈簧懸掛的重物的影響來(lái)檢測(cè)地面運(yùn)動(dòng)，精確的激光測(cè)斜儀(PLI)測(cè)量它們對(duì)液體表面的影響。通過(guò)將激光指向液體并觀察其如何被反射來(lái)完成測(cè)量。與重量 - 彈簧地震計(jì)相比，PLI除了平移運(yùn)動(dòng)(上下和左右)外，還可以檢測(cè)角運(yùn)動(dòng)，并且可以以非常高的精度拾取低頻運(yùn)動(dòng)。

“PLI極其敏感，它甚至可以在刮風(fēng)的日子里探測(cè)日內(nèi)瓦湖上的海浪，”歐洲核子研究中心的首席研究員Beniamino Di Girolamo說(shuō)。“它可以拿起具有1 MHz和12.4赫茲，2.4×10的靈敏度之間的頻率的地震運(yùn)動(dòng)-5微弧度/赫茲½ ”，解釋從JINR聯(lián)合首席研究員儒略Budagov。“這相當(dāng)于在1米的距離內(nèi)測(cè)量24皮米(24萬(wàn)億分之一米)的垂直位移，”來(lái)自JINR的聯(lián)合首席研究員Mikhail Lyablin補(bǔ)充道。

該團(tuán)隊(duì)在JINR和CERN的TT1隧道中組裝并測(cè)試了PLI原型。它表現(xiàn)良好，顯示出有可能成為高亮度大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(HL-LHC)和其他機(jī)器和實(shí)驗(yàn)的有用預(yù)警地震系統(tǒng)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)及其質(zhì)子束對(duì)地震活動(dòng)非常穩(wěn)健，但HL-LHC將使用更窄的光束來(lái)增加質(zhì)子 - 質(zhì)子碰撞的數(shù)量，從而有可能發(fā)現(xiàn)粒子物理學(xué)。這意味著在發(fā)生高震級(jí)地震時(shí)，波束更可能偏離中心，震中距離歐洲核子研究中心相對(duì)較近。位于機(jī)器上幾個(gè)點(diǎn)的PLI可以作為此類事件的早期預(yù)警系統(tǒng)。

考慮到PLI的潛力，HL-LHC項(xiàng)目支持團(tuán)隊(duì)構(gòu)建幾個(gè)新的PLI。一個(gè)PLI已經(jīng)安裝在亞美尼亞的Garni地震觀測(cè)臺(tái)，另一個(gè)已經(jīng)在歐洲核子研究中心的知識(shí)轉(zhuǎn)移小組和意大利的INFN研究所的支持下部署到意大利歐洲引力觀測(cè)臺(tái)，那里是高級(jí)處女座所在地。Virgo PLI是在2018年11月的APPEC會(huì)議之后開始的合作的結(jié)果，由JINR總干事引發(fā)并由CERN管理層鼓勵(lì)。合作進(jìn)展順利，不到一年后，Virgo PLI進(jìn)行了測(cè)試。

第一次測(cè)試的結(jié)果令人鼓舞。在8月6日僅采集了15分鐘的數(shù)據(jù)時(shí)，PLI發(fā)現(xiàn)的信號(hào)與已經(jīng)安裝在處女座的設(shè)備相同，從那天開始，它開始連續(xù)運(yùn)行并發(fā)現(xiàn)了幾次小震級(jí)地震。Virgo和PLI團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在建立從PLI到Virgo數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流。這將更容易比較來(lái)自不同地震設(shè)備的數(shù)據(jù)，并評(píng)估PLI對(duì)處女座操作和引力波探測(cè)的潛在影響。“處女座和美國(guó)的兩個(gè)LIGO探測(cè)器最近開始尋找引力波，這種引力波將比以前的搜索更深入宇宙，”來(lái)自羅馬La Sapienza大學(xué)的前處女座發(fā)言人Fulvio Ricci說(shuō)。“我們相信PLI可以在這一重要搜索中發(fā)揮作用，”他補(bǔ)充道。