آشکارساز موج گرانشی (Gravitational Wave Detector)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
آشکارساز موج گرانشی (Gravitational Wave Detector) :
آشکارساز موج گرانشی وسیله ای است که برای تشخیص امواج گرانشی - موج هایی در فضا-زمان که توسط اجرام عظیم شتاب دار (مانند ادغام سیاهچاله ها یا ستاره های نوترونی) ایجاد می شوند - طراحی شده است. اولین آشکارساز موفق، تداخل سنج لیزری LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) بود که در سال ۲۰۱۵ اولین امواج گرانشی را مستقیما تشخیص داد. تشخیص این امواج پنجره ای جدید به سوی کیهان گشوده است.
اصل کار تداخل سنج لیزری (مانند LIGO، Virgo، KAGRA): یک پرتو لیزر توسط یک آینه نیمه نقره ای به دو پرتو عمود بر هم تقسیم می شود. هر پرتو در یک بازوی بسیار بلند (چند کیلومتر) حرکت کرده و پس از بازتاب از یک آینه در انتهای بازو، به مرکز بازمی گردد. دو پرتو با هم ترکیب شده و یک الگوی تداخلی ایجاد می کنند. در حالت عادی (بدون موج گرانشی)، طول دو بازو برابر است و تداخل مخرب (یا سازنده) رخ می دهد. هنگامی که یک موج گرانشی از زمین عبور می کند، فضا-زمان را به طور متفاوت در دو جهت کشیده و منقبض می کند (تغییر نسبی طول در حد ۱۰⁻²¹). این تغییر طول (کرنش) باعث می شود طول دو بازو به طور متفاوتی تغییر کند و الگوی تداخل تغییر کند. این تغییر کوچک در شدت نور توسط فوتودیودها اندازه گیری می شود.
چالش های عظیم:
ایزوله کردن سیستم در برابر ارتعاشات زمین (با استفاده از سیستم های آونگی چندمرحله ای).
استفاده از آینه های با بازتاب بالا و خلاء فوق العاده در بازوها.
افزایش قدرت لیزر برای کاهش نویز شات (shot noise).
استفاده از آینه های خنک شونده (در KAGRA) برای کاهش نویز حرارتی.
علاوه بر تداخل سنج های زمینی، برنامه هایی برای آشکارسازهای فضایی مانند LISA (Laser Interferometer Space Antenna) وجود دارد که امواج گرانشی با فرکانس پایین تر را در فضا تشخیص خواهد داد.
\[ h = \frac{\Delta L}{L} \quad \text{(کرنش ناشی از موج گرانشی)} \]کاربردها: نجوم چندپیام رسانی (multi-messenger astronomy) - مطالعه رویدادهای کیهانی با استفاده از امواج گرانشی و الکترومغناطیسی، تست نظریه نسبیت عام، مطالعه سیاهچاله ها و ستاره های نوترونی.
