уравнения (13.28) полностью определяют характеристики оптимизированной антенны, как устройства для регистрации сигнала.

13.5. Сравнение веберовской болванки с разрезной болванкой

Для оценки выражений, входящих в уравнения (13.28), необходимо определить численное значение величины Qt. В целях сравнения выберем величину Qr=103. Она вполне достижима при использовании керамических преобразователей и надлежащим образом разработанного усилителя. Оценочные значения для р и Qb приведены в табл. 13.1, в которую включены также опти-

Таблица 13.1. Сравнительные характеристики оптимизированных детекторов

мальное значение Qm, минимальная регистрируемая энергия и время разрешения веберовской и разрезной болванок при условии, что обе работают в оптимальных режимах.

Как следует из таблицы, в случае оптимизации параметров детекторов минимальная энергия, регистрируемая разрезной болванкой, в 10 раз меньше, чем регистрируемая веберовской болванкой. Это объясняется тем, что сильная электромеханическая связь, достигаемая в разрезной болванке, компенсирует ее недостаток, связанный с большими потерями в системе. Теоретическая чувствительность разрезной болванки, определяемая уравнениями (13.28), была подтверждена экспериментально Древером с сотр. [9].

Б табл. 13.1 указана еще одна характеристика, по которой веберовская и разрезная болванки имеют значительное отличие. Это временное разрешение двух систем. При оптимальной величине Qm, указанной в таблице, время воздействия импульса на веберовскую болванку не может быть определено с точностью, лучшей, чем 1 с, что, конечно, гораздо хуже по сравнению с величиной 1 мс для оптимизированной разрезной болванки. В экспериментах с выделением совпадений на двух детекторах, про-

13.6. Современное состояние работ

по детектированию гравитационного •

излучения

Вскоре после опубликования первых работ Вебера в ряде лабораторий были созданы свои антенны гравитационных волн Некоторые были похожи, но не являлись точной копией веберовской болванки (например, [4, 14, 21], другие представляли собой болванки разрезного типа [1, 2, 9]). В некоторых экспериментах была достигнута более высокая чувствительность, чем на веберовских болванках, некоторые содержали один детектор, другие - два и более детекторов, работающих по схеме совпадений. (Одного детектора вполне достаточно, чтобы доказать ог-сутствие гравитационных импульсов с уровнем, превышающим некоторый определенный порог. Чтобы доказать наличие таких импульсов, необходимы два детектора и схема совпадений для исключения ложной тревоги из-за случайных локальных помех.) Были получены отрицательные результаты, или, в лучшем слу чае, ограничения на верхний предел. Обзор этих экспериментальных исследований был сделан Древером [8].

К 1975 г. интенсивные усилия, предпринятые для обнаружения гравитационных импульсов с помощью детекторов первого поколения, т. е. алюминиевых болванок, работающих при комнатной температуре, были в основном завершены. Стало ясно, что для обнаружения гравитационного излучения необходимо создать второе поколение детекторов с более высокой чувствительностью. С точки зрения проведенного выше анализа, показавшего преимущества разрезной болванки перед веберовской болванкой, можно заключить, что основой для дальнейшего совершенствования должна быть разрезная болванка. Оказывается, что это не так. Главная причина состоит в возникновении почти непреодолимых проблем, связанных с сопряжением преоб-

веденных Вебером, крайне желательно иметь временное разрешение порядка нескольких миллисекунд, потому что именно на-такое время запаздывает импульс, когда гравитационное излучение распространяется от одного детектора к другому, разделенным расстоянием в 1000 км. Чтобы достигнуть этого на веберовской болванке, величина Qm должна быть уменьшена по сравнению с оптимальным значением 5500 в 1000 раз. Однако при таких условиях, далеких от оптимальных, отношение сигнал - шум уменьшается в 500 раз. В пересчете на минимальную обнаружи-мую энергию это означает, что веберовская болванка в 5000 раз. менее чувствительна, чем разрезная.

разователей и болванки при их охлаждении до низких температур.

Детекторы второго поколения охватывают широкую область •частот. Их удобно разделить на три категории: детекторы первой категории - это низкотемпературные варианты веберовских (болванок, выполненных из ниобия, монокристаллического сапфира, а также алюминия, охлаждаемые с помощью жидкого гелия до температур 1-4 К и предназначенные для работы в диапазоне частот около 1 кГц и выше; детекторы второй категории пригодны для низких частот 10~*-10" Гц и основаны на допле-ровской локации межпланетных космических аппаратов; детекторы третьей категории используются на промежуточных частотах между миллигерцовым и килогерцовым диапазонами, они представляют собой лазерные интерферометры, работающие при комнатной тмпературе. Ниже сообщается о последних достижениях в каждом из этих направлений исследования.

13.6.1. Криогенные резонаксные массивные детекторы

Очевидный выигрыш, достигаемый при охлаждении резонансной антенны до низких температур, связан со значительным уменьшением теплового шума. В такой системе фактором, огра-ничивающим предельную чувствительность детектора, может стать уже шум преобразователя или выходных электронных устройств. Преобразователи из пьезоэлектрической керамики, подобные тем, которые использовались в веберовской и разрезной болванках, не пригодны для использования в криогенных системах. В связи с этим были разработаны новые, более совершенные датчики специально для гравитационных детекторов. Они не подходят для разрезных антенн, поэтому все существующие низкотемпературные гравитационные антенны являются в основном антеннами веберовского типа. Тем не менее в деталях они имеют существенные различия.

Антенна, смонтированная в Стэнфорде, представляющая со->бой массивный алюминиевый цилиндр весом 4800 кг, почти всегда находится в охлажденном состоянии при температуре 4,2 К [19]. Сигнал антенны формируется индуктивным сверхпроводя--щим преобразователем, установленным на торце болванки. Затем он усиливается с помощью сквида (сверхпроводящего квантового интерферометра). Таким образом, в данном случае низкий уровень механических и электрических потерь в сверхпроводниках используется для достижения малого шума в датчиках. Механическая добротность ненагруженной болванки Qb = 2X10, и, как сообщают авторы, минимальная энергия, регистрируемая системой, составляет ЗхЮ- Дж. Это приблизи-