¿Cómo se evita el ruido térmico en LIGO?

Creo que he entendido correctamente el principio de LIGO , sin embargo, la sensibilidad está alrededor 10 − 18   metro de la precisión de la distorsión. Eso parece bastante pequeño... comenzando con fenómenos más simples, por ejemplo, la expansión térmica. Para evitar la expansión térmica, la temperatura debe controlarse dentro de una variación de 10 − 10   k o 10 − 11   k a lo largo de los tubos.

Supongo que los tubos no necesitan ser exactamente 4   k metro igual que los láseres se pueden sincronizar aunque la distancia no es exactamente 4km dentro del rango de [ 10 − 18   metro ]

¿Cómo se evita el ruido térmico actualmente en LIGO, relacionado con la suspensión y no con el vacío total?

Ya está demostrado que el corte de frecuencia es bajo, pero ¿cómo se consigue eso? ¿Qué materiales y aislamiento lo soportaron?

Puede leerlo con todo detalle en el informe de diseño técnico y otros documentos relacionados con el instrumento: dcc.ligo.org/cgi-bin/DocDB/ListTopics . Por cierto, la longitud efectiva de los brazos del interferómetro es de 1600 km, no de 4 km, por lo que no estoy seguro de que su estimación sobre el control de la temperatura sea correcta. Dicho esto, el instrumento no necesita estabilidad de CC y el ruido aumenta muy rápidamente por debajo del rango de frecuencia de funcionamiento previsto.
Utilicé su web ligo.caltech.edu/page/ligos-ifo , de todos modos, por una diferencia de factor 2 o 3, mi argumento no es cuestionado...
La longitud de los tubos no es el factor relevante. La luz en estos brazos de interferómetro avanza y retrocede 400 veces para hacer que el tamaño efectivo del instrumento sea mucho mayor que su tamaño físico. Eso también se explica en la misma página, por cierto. La clave para la estabilidad del instrumento es, como dije, que solo funciona a frecuencias bastante altas, donde se pueden controlar todas las fuentes de ruido terrestre. Los futuros observatorios de ondas gravitacionales basados ​​en el espacio no sufrirán esa limitación.
¿Cómo desafía este argumento mi argumento sobre la temperatura?, amplificará su efecto como amplifica el efecto de la onda gravitacional.
Ese era mi punto, exactamente. El problema es más difícil, no más fácil. Probablemente también sea menos relevante de lo que piensas, porque lo que importa no es el control absoluto de la temperatura sino el control diferencial de su deriva entre dos brazos sobre el ancho de banda de diseño. Las masas térmicas son ciertamente grandes, la distancia promedio de los espejos puede ser controlada por el propio interferómetro, lo que reduce en gran medida el problema de la deriva. Lo que el interferómetro no puede reducir tan fácilmente es el ruido sísmico en banda, y creo que ese fue el principal problema con el diseño inicial de LIGO.
Entiendo su argumento sobre las dificultades del ruido sísmico, que también es un desafío, y cómo el interferómetro puede evitar una diferencia de temperatura estable. Sin embargo, cada medición tarda alrededor de 5 ms en mover el láser y debemos asegurarnos de que ningún brazo del LIGO modifique la temperatura alrededor. 10 − 10 k en ese lapso de tiempo. me parece realmente desafiante
La temperatura solo cambia si cambia el balance de radiación. Tenga en cuenta que todas estas cosas están en el vacío y que están siendo controladas extremadamente bien. Las masas de prueba de LIGO son espejos de sílice fundida de 40 kg... eso es mucha masa térmica, que solo aumenta a medida que uno avanza hacia los soportes de los espejos y luego hacia los cimientos sobre los que descansa el experimento.
Los tubos están cubiertos para aislarlos del ambiente externo, por lo que la radiación no afectará el vacío interno. Aún así, estamos hablando del movimiento del tamaño de un átomo en 5ms. El espejo se montará en una estructura que conducirá la energía térmica, ¿y aun así se puede asegurar esa pequeña variación de temperatura? ¿Cómo tampoco medimos que no está pasando?
No he leído los documentos técnicos, pero parece obvio que usan un circuito de retroalimentación negativa para anular continuamente la señal en escalas de tiempo de unas pocas decenas de segundos. Esa escala es mucho más lenta que las señales a las que son sensibles (por lo que no interfiere con la obtención de los datos), pero mucho más rápida que problemas como la variación térmica en los brazos y otras variaciones ambientales (para que el sistema esté siempre en un estado utilizable ). @CuriousOne trató de señalarlo al hablar sobre el ancho de banda, pero es posible que no haya seguido ese punto.
Cuando el interferómetro se desplaza, producirá una señal de salida en forma de ruido. Si ese ruido es demasiado alto, sabrá que su aislamiento térmico, etc. no está funcionando. No estamos hablando del movimiento de átomos individuales aquí, estamos hablando del movimiento promedio de una gran masa térmica. Si observa el número de Avogadro (¡es GRANDE!), Promediar esa cantidad de átomos es sorprendentemente efectivo. Pero en serio, si quieres saber cómo construir uno de estos, simplemente lee la documentación. Todo es público, nada está clasificado.
Las medidas de distancia son mucho más pequeñas que el tamaño de un átomo. Entiendo el punto de diez de segundos, pero lo que estoy tratando de decir es que la variación de temperatura de la que estamos hablando para notar una diferencia en la señal es tan pequeña que se notará una pequeña perturbación en un borde. nivel en el otro borde. Sé que hay vacío, pero finalmente los espejos tendrán soportes que estarán expuestos a la conducción.
Definitivamente no es un duplicado: la expansión térmica y las vibraciones sísmicas no están relacionadas.
Mi pregunta era una pregunta general sobre todos los efectos y destacaba un problema específico relacionado con la temperatura. Esa pregunta solo responde una parte de la pregunta relacionada con la vibración, pero no la temperatura. En realidad, esta pregunta se ha hecho anteriormente, la duplicada es la otra.
¿Cómo puedo obtener una respuesta a mi pregunta? ¿Cómo se evitan los errores térmicos?

Respuestas (1)

El experimento LIGO no mide la longitud de los tubos, mide los cambios en la longitud de los tubos.

También tiene un corte de frecuencia más bajo de 10 Hz, por lo que cualquier perturbación que sea más lenta que 10 Hz no afectará las mediciones. En particular, los cambios de temperatura ocurrirán en una escala de tiempo de horas, por lo que si cambian la longitud del tubo, eso no importa. Cuando LIGO mide la 10 − 18 m cambio en la longitud del tubo, no importa si esa longitud es un poco más larga al mediodía que a la medianoche.

La respuesta aceptada a la pregunta sugerida como un duplicado, ¿ Cómo elimina LIGO los efectos del ruido ambiental? , incluye un gráfico de posibles perturbaciones en función de la frecuencia, y notará que la escala de frecuencia no baja de 1 Hz porque las frecuencias por debajo de eso no importan.

Mi pregunta es cómo actualmente estamos evitando el ruido térmico. El enlace proporcionado (y todos los enlaces incluidos en la respuesta) se refieren al nivel actual de ruido y solo describen el enfoque para el ruido sísmico. Mi pregunta es, ¿cómo podemos llegar a ese nivel de ruido? la respuesta esta incompleta
LIGO no está midiendo la longitud de los brazos, está midiendo el tiempo que tarda, como se indica en mi respuesta aquí
@TrebiaProject.: el punto es que la frecuencia del ruido térmico es demasiado baja para afectar a LIGO: los cambios de temperatura ocurren con demasiada lentitud.
Lo entendí, pero es por eso, no cómo. Quiero decir, si introduce cobre en lugar del material utilizado, seguro que la frecuencia aumentará. Mi pregunta es ¿cómo son capaces de llegar a esa baja frecuencia, qué materiales y qué aislamiento de suspensión se utilizó?
¿Cómo se evita el ruido térmico en LIGO?
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