Настолна експериментална инсталация, чието сърце е малък датчик, е способна да изпълни същата работа, както и доста обемно оборудване за по-мащабни експерименти, например експеримента Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Инсталацията е създадена от двама австралийски учени от университета на Западна Австралия – д-р Максим Горячев и проф. Майкъл Тобар.
Датчикът и инсталацията са предназначени за детектиране и измерване параметрите на гравитационните вълни, които, съгласно общата теория на относителността на Айнщайн, се явяват вълни от пространствено-времевия континуум, родени от движението на свръхмасивни обекти.
Резонансните датчици, използвани в експерименти по откриване на гравитационни вълни, представляват правоъгълни метални детайли с тегло около един тон. Такива размери и маса поставят чувствителността на тези датчици в диапазона на няколко килохерца.
Но незначителните колебания, предизвикани от преминаването на гравитационните вълни в други диапазони, се детектират изключително сложно поради високото ниво на топлинен шум на самия материал на тези датчици.
Д-р Горячев и проф. Тобар заобиколили този проблем, като използвали по-високочестотна област от работата на измервателното устройство, в диапазона от 1 до 1000 мегахерца.
При температура с 0,01 градуса над абсолютната нула датчикът на новата инсталация работи в квантов режим, тоест при максимално възможно ниско ниво на собствен топлинен шум.
Датчикът се явява кварцов диск с диаметър около 2,5 см, поставен върху кварцово окачване във вакуумна камера.
„Прелитащата“ наблизо гравитационна вълна кара кварцовия диск да вибрира, създавайки стоящи звукови вълни в материала на диска, чиято дебелина е 2 милиметра.
Горната повърхност на кварцовия диск има малък радиус на огъване. Това огъване влиза в ролята на капан за квантови звукови колебания, фонони. Струпването на фонони на едно място позволява получаването на по-голяма стойност на съотношението сигнал/шум.
А електрическият колебателен сигнал, изработен от кварцовия резонатор – диск, се усилва от нискошумовия квантов усилвател Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), работещ поради ефекта свръхпроводимост.
Като изучат и се научат да филтрират всички известни източници на шумове и смущения, учените се готвят да достигнат максимална чувствителност на датчика в диапазона на изменение на гравитацията на ниво 1022 от от квадратния корен на всеки херц честота на колебание, чиято стойност учените се готвят да получат в новия експеримент Advanced LIGO, който ще започне работа през 2018 година.
Advanced LIGO е поредната модернизация на двата американски датчика LIGO, с чиято помощ се търсят гравитационните вълни. Тези огромни датчици могат да откриват гравитационни колебания в диапазона от 0,1 до 1000 херца, които се създават от двойни неутронни звезди или сблъскващи се черни дупки.
