Китайські вчені опублікували план спорудження великої підземної гравітаційно-хвильової обсерваторії ZAIGA. Вона буде істотно відрізнятися від існуючих сьогодні LIGO, Virgo і KAGRA. Оціночна вартість проекту становить близько двох мільярдів юанів (приблизно 264 мільйони євро). Якщо дослідникам вдасться повністю отримати фінансування, то установка може почати роботу вже в 2025 році.
Відкриття гравітаційних хвиль в 2015 році декількох американських гравітаційно-хвильових антен LIGO призвело до сплеску інтересу до даного напрямку досліджень. У Європі активізувалося оновлення антени Virgo, в Японії вийшов на фінальний етап будівництва проект KAGRA, почалися обговорювання про будівництво копії LIGO в Індії, успіхом закінчилися випробовування європейського тестового супутника LISA Pathfinder, з'явилося відразу кілька нових космічних проектів гравітаційних антен, інформує Ukr.Media.
Тим не менш, всі працюючі на даний момент установки, а також більшість запропонованих, спроектовані за принципово однаковою схемою - це лазерні інтерферометри, плечі яких утворюють кут в 90 градусів. Ця схема найбільш проста для реалізації, але також володіє недоліками. Зокрема, вона не дозволяє повноцінно досліджувати можливі поляризації гравітаційних хвиль. За цим параметром обурення простору-часу набагато складніше електромагнітних хвиль, а детальне дослідження цього аспекту може допомогти просунутися в теоретичному розумінні гравітації, вказавши на відхилення від загальної теорії відносності (ЗТВ).
Фізики з кількох інститутів Китайської академії наук опублікували деталі проекту принципово іншої гравітаційної антени ZAIGA (Zhaoshan long-baseline Atom Interferometer Gravitation Antenna - Чжаошаньська атомно-інтерферометрична антена з довгою базою). За словами авторів, ця обсерваторія, для якої вже вибране місце будівництва та розпочато буріння тунелів, буде представляти собою атомний інтерферометр у вигляді рівностороннього трикутника з довжиною сторони в кілометр. Установка буде перебувати на середній глибині до 200 метрів під горою Чжаошань (завдяки чому і отримала свою назву), розташованою в 80 кілометрах від міста Ухань провінції Хунань. Особливості конструкції дозволять не тільки підвищити точність досліджень гравітаційних хвиль, але і забезпечать можливість проведення інших експериментів, у тому числі з перевірки виконання принципу еквівалентності, вимірення гравітаційного червоного зсуву, гравімагнітних ефектів (зокрема, захопленню систем відліку обертовими тілами) і деяких інших явищах.
Основною відмінністю від існуючих експериментів є використання атомного інтерферометра, а не лазерного. Принцип цього пристрою схожий з оптичним аналогом, але замість когерентного стану частинок світла (лазера) використовується когерентний стан атомів (конденсат Бозе - Ейнштейна). В іншому схеми схожі: також передбачається поділ когерентного пучка частинок, рух частин в плечах установки і зведенням разом для вивчення невеликих відмінностей в пройденому шляху на основі зміни інтерференційної картини. Оскільки атоми володіють масою, то вони рухаються набагато повільніше світла, що дозволяє їм довше накопичувати ефект від дії гравітаційної хвилі, в результаті роблячи прилад на їх основі більш чутливим.
Іншою важливою відмінністю від існуючих обсерваторій стане діапазон робочих частот: тоді як LIGO і подібні установки чутливі до хвиль з частотами близько сотень герц, ZAIGA буде детектувати обурення з частотами від 0,1 до 10 герц. Такі сигнали очікуються при злитті істотно більших чорних дір проміжних мас, які створюють гравітаційне поле як сотня або мільйон Сонць. Чорні діри даного типу реєструвати найважче, але їх вивчення дозволить дізнатися чи набрали масу надмасивні чорні діри. На даний рахунок астрофізиками запропоновано кілька гіпотез, але жодна з них поки не отримала вичерпних доказів.
Крім гравітаційних хвиль, ZAIGA підходить для інших пов'язаних з гравітацією завдань. Зокрема, на кінцях 200-метрового вертикального тунелю, що сполучає підземну частину з поверхнею, будуть розташовані атомні фонтани, тобто вакуумні труби, в яких можна досліджувати вільне падіння окремих атомів. Такі установки підходять для перевірки слабкого принципу еквівалентності - однією з основ ОТО, згідно з яким траєкторії вільно падаючих тіл не залежать від їх маси і внутрішньої будови. Розташовані на різній висоті атомні годинники також дозволять досліджувати інші ефекти ОТО, такі як залежність темпу ходу годинника від величини гравітаційного потенціалу.
ZAIGA - не єдиний проект трикутного інтерферометра, такою ж формою повинен володіти проектований Телескоп Ейнштейна і космічна обсерваторія LISA. Також існують інші проекти гравітаційних антен на основі атомних лазерів, зокрема, MIGA (Matter-wave laser Interferometric Gravitation Antenna - гравітаційна антена на основі інтерферометрії лазерів з хвиль матерії). Новий сеанс спостережень на лазерних інтерферометрах LIGO і Virgo розпочався 1 квітня. Японська установка KAGRA повинна приєднатися до них найближчим часом.
