На волне гравитации
Государственные премии лауреатам по традиции вручены в Кремле Президентом РФ 12 июня, в День России. Наряду с Ефимом Хазановым премия в области науки и технологий присуждена Валерию Митрофанову и Владиславу Пустовойту. Авторами предложены приоритетные фундаментальные идеи и реализован ряд инструментальных решений, позволивших впервые осуществить регистрацию гравитационных волн в рамках проекта LIGO.
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) — это лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Проект был предложен в 1992 г. Кипом Торном, Рональдом Древером из Калифорнийского технологического института и Райнером Вайссом из Массачусетского технологического института. Проект финансируется американским Национальным научном фондом, достигая по стоимости один миллиард долларов США, и является самым дорогостоящим среди всех когда-либо финансировавшихся фондом. Международное научное сообщество LIGO представляет собой большую группу исследователей: более 100 научно-исследовательских институтов и 1000 ученых работают над созданием и усовершенствованием обсерватории, а также над анализом поступающих с LIGO данных. В составе коллаборации работают две научные группы из России — исследователи с кафедры физики колебаний Отделения радиофизики и электроники физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и нижегородские ученые из ИПФ РАН. В феврале 2016 г. коллаборации LIGO и Virgo (Virgo занимается разработкой и обслуживанием детектора гравитационных волн, установленного в Европейской гравитационной лаборатории в Италии) объявили об обнаружении гравитационных волн, произошедшем 14 сентября 2015 г. на установках LIGO. Сигнал исходил от слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных масс на расстоянии около 1,3 млрд. световых лет от Земли.
Валерий Митрофанов, профессор кафедры физики колебаний Отделения радиофизики и электроники физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, д. ф.-м. н., внес существенный вклад в реализацию проекта LIGO: был решен ряд задач, связанных с принципиальными ограничениями чувствительности антенн, были разработаны уникальные монолитные подвесы кварцевых пробных масс для детекторов гравитационных волн, обладающие чрезвычайно малой диссипацией энергии.
А Владислав Пустовойт, ныне академик РАН, научный руководитель Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН, д. ф.-м. н, задолго до начала реализации проекта LIGO, в 1962 г., предложил использовать метод регистрации гравитационных волн, основанный на интерферометрии лазерных пучков и интерферометрах типа Майкельсона. Позже этот метод был усовершенствован западными учеными, и в итоге именно он лег в основу обсерватории LIGO в США (где и было в 2016 г. сделано открытие гравитационных волн, отмеченное в 2017 г. Нобелевской премией). Приоритет Пустовойта признан во всем мире, в том числе в коллаборации LIGO.
Ефимом Хазановым и его коллегами из ИПФ РАН разработаны уникальные оптические изоляторы, способные работать в вакууме при большой мощности лазерного излучения. На пресс-конференции, состоявшейся 17 июня в ИПФ РАН, лауреат Государственной премии отметил, что стандартные изоляторы на названных установках не работают, и ученые ИПФ РАН усовершенствовали оптический изолятор Фарадея, повысив тем самым чувствительность установок. «Для детектора гравитационных волн очень важно, чтобы свет от лазера, используемого для детектирования, попадал в интерферометр, но назад ничего не возвращалось, иначе лазер «сбивается» и начинает плохо работать», — пояснил Хазанов. Специалисты ИПФ РАН установили причину сбоя, нашли способ его устранить, создали прототип нового изолятора, испытали его и создали изолятор, который сейчас работает на полную мощность. Использование нижегородских изоляторов в LIGO в значительной степени обеспечило успех всего эксперимента.
Установки для регистрации гравитационных волн в наши дни существуют в США и Италии. Именно благодаря ним открыты гравитационные волны спустя 100 лет после того, как их существование предсказал Альберт Эйнштейн в общей теории относительности. Важно, что, по словам Ефима Хазанова, аналогичная установка может появиться и в России. Международное сообщество ученых заинтересовано в создании установки именно в нашей стране, так как (совместно с существующими интерферометрами) это позволит точнее определять положение на небе источника гравитационных волн и откроет новые горизонты исследований.
Кстати, созданный учеными ИПФ РАН изолятор может применяться и в других лазерных установках. В глобальных масштабах благодаря этим детекторам появилась возможность освоить новый канал информации, недоступный ранее: можно будет проще и быстрее узнавать о космических событиях. Дело в том, что гравитационные волны, имеющие равную со светом скорость, можно «поймать» раньше света за счет того, что детектор принимает сигнал из любого направления, а оптический телескоп может осмотреть лишь небольшой участок неба. Таким образом, детекторы гравитационных волн могут оперативно указывать область на небе, где происходит то или иное космическое событие. Затем ученые уже с помощью различных телескопов изучают эту область подробнее. По предположению Хазанова, по мере развития технологий созданному нижегородскими учеными прибору может понадобиться модернизация.
Присуждение высокой награды Ефиму Хазанову прокомментировал губернатор Глеб Никитин. «Большая честь иметь в списке лауреатов Государственной премии РФ представителя Нижегородской области. Это показатель высокого уровня развития научной мысли в регионе, — отметил он. — Именно здесь будет создан один из первых в стране научно-образовательных центров мирового уровня, в рамках которого мы сможем развивать уже существующие научные школы и искать новые направления. Институт прикладной физики РАН является одним из партнеров Нижегородского НОЦ. Можно гордиться тем, что его представители достигают таких серьезных успехов». Елена Борматова
