異軍突起——日本KAGRA引力波探測項目簡介

科技 06-11

周一·最新發現|周二·牧夫專欄

周三·太空探索/周三·天文測試

周四·觀測指南|周五· 天文視頻

周六·星空的詩|周日 · 天文周曆

異軍突起

日本KAGRA引力波探測項目簡介

在神岡市市町，岐阜縣神岡煤礦山下深處，藏有許多先進的設施。由諾貝爾獎得主梶田隆章領導的KAGRA低溫引力波探測器（Kamioka Gravitational Wave Detector）項目正坐落於此。它由兩條3千米長的激光干涉臂組成，著實是一個巨大的探測器。而它附近還有超級神岡大型中微子探測器等設備，可見，這個礦山不簡單啊！

KAGRA項目的LOGO

引力是目前理論物理和天文學研究的共同的重點和難點之一，它決定了宇宙的結構和演化，是燦爛星海的主宰。因此，直接探測引力波對於人類進一步理解宇宙具有非常重要的意義。

GIF/63K

引力波干涉示意圖

KAGRA項目於2010年正式啟動。對於人類而言，探測引力波是非常具有挑戰性的任務，在日本，主要有東京大學、京都大學、日本國立天文台等高校和研究機構對引力波進行研究。而在我國，清華大學、北京師範大學、上海師範大學、新竹清華大學等也是KAGRA的合作夥伴。

KAGRA的參觀講學會

與LIGO類似，KAGRA也是利用激光干涉儀來探測引力波，分光器將光線分為兩個路徑，當有引力波通過的時候，兩個路徑的其中一支會收縮，另一支則膨脹，這樣我們就可以通過干涉儀獲得的干涉條紋探知引力波的存在。為了提高精度以達到可以觀測引力波的程度，必須使用功率非常高的激光器和數千米的激光干涉臂。

一眼望不到頭

引力波探測器建造的共同難點就在於如何合理減震。KAGRA的干涉儀鏡面由藍寶石製成，一般處於零下250度的低溫環境中，而這種材質在低溫下非常穩定。另外KAGRA建設在遠離居住地區的礦山中，這樣就最大程度降低了外界的干擾。

KAGRA的參觀講學會

KAGRA的建設成本大約為150億日元。我們不妨做個小比較：日本的新幹線鐵路的成本約為每公里45億日元，可見KAGRA真是寸土寸金啊！KAGRA在建設過程中曾因為種種原因而先後推遲了數次，不過它有望在今年正式投入使用。目前已經有來自70多個國家的數百位研究人員參與KAGRA項目的工作。

頗具日式風格的會議

目前，除了日本的KAGRA和美國的LIGO之外，國際上的地面引力波探測還有法國科學研究中心、義大利核物理研究所合作的Vigro（位於義大利比薩），德國普朗克研究所、英國格拉斯哥大學合作的GEO600（位於德國漢諾威），日本國立天文台宇宙研究所的TAM300（位於日本三鷹市），澳大利亞國立西澳大學的ALGO等。在我國，則有太極計劃、天琴計劃和阿里計劃三大計劃緊鑼密鼓地籌備中。面對如此盛景，小編已經開始憧憬引力波數據井噴的那天了。