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- 低溫下的下一代振動傳感器
- 來源：加速度傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/9/7
尖端的振動傳感器可以改善下一代重力波探測器的功能，以從地球運動的背景嗡嗡聲中找到最微小的宇宙波。
在其博士學位期間，來自ARC引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心（OzGrav）的博士后研究員Joris van Heijningen開發(fā)了世界上最靈敏的慣性振動傳感器�，F(xiàn)在，他提出了一種類似的設(shè)計，但使用低溫溫度在10 Hz以下的頻率下靈敏度提高了50倍。
這種新的傳感器可在10到100毫秒（10 Hz到100 Hz）的周期內(nèi)測量到幾毫安（十億分之一米的百萬分之一）的振動。最近發(fā)表在IOP的《儀器儀表雜志》上的論文揭示了下一代地震隔離系統(tǒng)的原型，其使用低溫（低于9.2度且高于絕對零）的靈敏度低至1Hz。
即使我們感覺不到，但由于宇宙和地球的許多不同事件，我們的星球總是在微小地振動。例如，來自引力波（時空的微小波動）；海浪撞擊岸上；或人類活動。van Heijningen博士認為，某些地方的振動要比其他地方大，如果繪制這些振動，它們會位于稱為Peterson低噪聲模型（LNM / HNM）的兩條線之間。
已經(jīng)開發(fā)出最好的商用振動傳感器，使其靈敏度低于LNM。它們足夠靈敏，可以以良好的信噪比測量地球上的所有地方。”范海寧寧說。
OzGrav博士后Joris van Heijningen
迄今為止，激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）擁有四公里長臂，使用地震隔離系統(tǒng)來防止地球振動影響科學測量。但是，未來的重力波探測器需要更先進，更精確的振動傳感器。
科學家們已經(jīng)在研究第三代探測器，它們將具有每年探測數(shù)百個黑洞合并，測量其質(zhì)量和自旋的能力，甚至比LIGO或歐洲同類產(chǎn)品處女座所能測量的還要多。
在美國，將有一個Cosmic Explorer：一個40公里的天文臺，每年可以發(fā)現(xiàn)成千上萬個黑洞合并。同樣令人印象深刻的是歐洲的愛因斯坦望遠鏡，其10公里的武裝三角構(gòu)造被埋在地下。
van Heijningen解釋說，未來的探測器將能夠以低于當前截止頻率?10 Hz的頻率測量引力波，“因為那是黑洞碰撞產(chǎn)生的信號潛伏的地方�！钡@是巨大的主要問題之一。檢測器需要非常穩(wěn)定-最小的振動會阻礙檢測。
“從本質(zhì)上來說，使系統(tǒng)接近開爾文零度（比零攝氏度低270度）就可以大大降低所謂的熱噪聲，該噪聲在低頻時很常見。溫度在某種意義上是原子的振動，這種微小的振動會導致傳感器和檢測器中的噪聲”，范·海寧寧說。
未來的探測器將需要冷卻至低溫，但這絕非易事。一旦科學家實現(xiàn)了這一目標，按照此建議設(shè)計，開發(fā)低溫環(huán)境將改善傳感器性能。van Heijningen在比利時UCLouvain擔任研究科學家的新職位時，計劃對該傳感器設(shè)計進行原型設(shè)計并測試其對愛因斯坦望遠鏡的性能。
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