Лазерный мир

12 июня Владимир Путин наградит лауреатов Государственной премии РФ. В области науки и технологии премию получат, в частности, Валерий Митрофанов, Владислав Пустовойт и Ефим Хазанов — за их вклад в исследования гравитационных волн

Российские физики-гравитационщики, профессор МГУ Валерий Митрофанов, академик РАН Владислав Пустовойт и заместитель директора по научной работе Института прикладной физики РАН Ефим Хазанову удостоились Государственной премии за их вклад в исследования гравитационных волн.

Существование гравитационных волн предсказал в первой половине XX века Альберт Эйнштейн в общей теории относительности. С 1960-х американские и советские учёные начали предпринимать первые попытки их «поймать». Достоверно зарегистрировать гравитационно-волновой сигнал удалось лишь в 2015 году, и после публикации этого результата открытие удостоилось высших научных наград. Самая яркая из них — Нобелевская премия по физике в 2017 году.

Первая экспериментальная регистрация гравитационных волн — продукт многолетнего труда коллаборации LIGO/Virgo. Зародился этот проект в стенах Калифорнийского университета в 1992 году и сразу начал масштабироваться. По словам Валерия Митрофанова, к концу 90-х в него входили уже научные группы из 16 стран, а сейчас стран-коллаборантов стало 18. Стоимость этого проекта превышает 365 миллионов долларов.

Россия вошла в проект в числе первых: руководитель группы физиков-гравитационщиков из МГУ Владимир Брагинский в 1990-х подружился с одним из основателей проекта, ныне нобелевским лауреатом, Кипом Торном. У ученых завязалось тесное многолетнее сотрудничество. Долгое время коллаборация не могла зафиксировать сигнал из-за недостаточной точности измерительной установки — лазерного интерферометра. Решением этой задачи и занимались российские физики.

Вклад группы из МГУ можно условно разделить на четыре составляющих. Во-первых, физики разработали специальные подвесы для зеркал из плавленного кварца. Во-вторых, предложили методы, с помощью которых можно достичь стандартного квантового предела вычислений. В-третьих, ученые рассчитали предельную мощность лазера, после которой энергия оптических резонаторов может передаваться зеркалам лазерного интерферометра, состоящим из 40 слоев напыления. В-четвертых, физики из МГУ рассчитали шумы, которые могут возникать в каждом из них. Такие расчеты необходимы для отделения гравитационно-волнового сигнала от шума.

Второй коллектив российских ученых, входящих в коллаборацию LIGO — группа из нижегородского Института прикладной физики РАН. Их специализация — лазеры. Для гравитационно-волнового детектора они разработали элементы, способные пропускать почти 100% падающих на них фотонов. Лауреатом Госпремии РФ от нижегородской группы стал заместитель директора института по научной работе Ефим Хазанов.

Коллектив третьего лауреата Госпремии академика Владислава Пустовойта впервые в мире опубликовал научную статью, согласно которой детектор гравитационных волн нужно делать по схеме интерферометра, и обосновал такой подход расчетами. Статья вышла в 1962 году, а принципы, изложенные в ней были реализованы в детекторе LIGO спустя несколько десятилетий.

Многочисленные труды нескольких сотен ученых из 18 стран в 2002 году привели к запуску гравитационно-волнового детектора LIGO. Затем понадобилось еще десятилетие на повышение чувствительности прибора и решение технических проблем. Лишь 14 сентября 2015 года детекторы в США и Италии достоверно зафиксировали гравитационно-волновой сигнал. Дальнейшие расчеты показали, что их источником послужило слияние двух свермассивных черных дыр, произошедшее 3,5 миллиарда лет назад. К настоящему моменту коллаборация зафиксировала гравитационный сигнал от нескольких событий, каталог которых исследователи опубликовали в открытом доступе.

В ближайших планах коллаборации — увеличить мощность лазеров в установках с 200 киловатт до 1 Мегаватта. Такое технологическое решение позволит ловить гравитационно-волновой сигнал из «кусочка» Вселенной объемом в 2,5 раза больше, чем позволяет нынешний детектор. Валерий Митрофанов отмечает, что с помощью мощных и чувствительных детекторов будет возможно наблюдать события, произошедшие почти сразу после образования Вселенной. На вопрос, когда установка станет на это способна, ученый затруднился ответить.

Источник: https://www.forbes.ru/tehnologii/377661-gravitacionnye-volny-prinesli-gosudarstvennuyu-premiyu