LIVINGSTON, La. - Körülbelül másfél mérföldnyire egy olyan épületről, amely olyan nagy épületből látható, hogy az űrből láthatja, minden úton lévő autó lelassul. A járművezetők tudják, hogy nagyon komolyan veszik a 10 km / h (16 km / h) sebességkorlátozást: Ennek oka az, hogy az épületben hatalmas érzékelő található, amely égi rezgéseket a legkisebb skálán próbált meg kipróbálni. Nem meglepő, hogy érzékeny a körülötte lévő összes földi rezgésre, az elhaladó autó morgásaitól a természeti katasztrófákig a föld másik oldalán.
Ennek eredményeként a LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) egyik detektoránál dolgozó tudósoknak rendkívüli távolságokra kell menniük, hogy vadászni lehessen és eltávolítsák az összes lehetséges zajforrást - lelassítják az érzékelő körüli forgalmat, figyelemmel kísérve a a talajt, akár a négyszeres ingarendszer felfüggesztésével is minimalizálja a rezgéseket - mindezt annak érdekében, hogy a "legcsendesebb" rezgési pontot hozzák létre a Földön.
"Minden a zajvadászatról szól" - mondta Janeen Romie, a detektor-mérnöki csoport vezetője a Louisiana-i LIGO detektor számára.
Miért annyira megszállottak a LIGO fizikusok, hogy kiküszöböljék a zajt és hozzák létre a bolygó leginkább rezgésmentes helyét? Ennek megértéséhez tudnia kell, hogy mi a gravitációs hullám, és hogy a LIGO mikor érzékeli őket. Az általános relativitáselmélet szerint a tér és az idő ugyanazon folytonosság részét képezi, amelyet Einstein téridőnek nevez. És téridőben a gyorsan felgyorsuló hatalmas tárgyak gravitációs hullámokat hozhatnak létre, amelyek úgy néznek ki, mint a kifelé sugárzó hullámok, amikor a kavicsot a tó felületére ejtik. Ezek a hullámok felfedik a kozmosz szövetének nyújtását és összehúzódását.
Hogyan mérheti maga a tér-idő változásait, amikor bármelyik mérőeszköz ugyanazokat a változásokat tapasztalja? Az ötletes megoldás az úgynevezett interferométer. Abban a tényben támaszkodik, hogy a gravitációs hullámok a tér-időt egy irányban húzzák, miközben a merőleges irányban húzódnak. Gondolj egy bójára a vízen: Amikor egy hullám elhalad, fel-le felmegy. A Földön sugárzó gravitációs hullám esetén minden olyan enyhén oda-vissza oszcillál, nem felfelé és lefelé.
A LIGO detektor lézerfényforrásból, egy fénysugár-elosztóból, több tükrből és egy fénydetektorból áll. A fény elhagyja a lézert, két függőleges sugárra osztódik egy fényszóróval, majd azonos távolságot halad az interferométer karjain két tükörig, ahol a fény visszatükröződik a karokon. Ezután mindkét sugarat megütötte az érzékelővel, amelyet az egyik tükröző tükrökkel szemben helyeztek el. Amikor egy gravitációs hullám áthalad az interferométeren, az egyik kar kissé hosszabb lesz, a másik pedig kissé rövidebbé válik, mivel az egyik irány mentén nyúlik, miközben összenyomja azt. Ez a végtelenül kis változás regisztrálja a fényt viselő fénymintázatot. detektor. A LIGO érzékenységi szintje megegyezik "a legközelebbi csillaghoz (kb. 4,2 fényév) való távolság mérésével az emberi hajszélességnél kisebb pontossággal", mondja a LIGO együttműködési webhelye.
Carl Blair, a LIGO posztdoktori kutatója, aki az optikai mechanikát vagy a fény kölcsönhatását a mechanikus rendszerekkel vizsgálja, a hajszélesség-hullám észlelése érdekében a tudósok szélsőséges hosszúságúak, hogy kiküszöböljék a finoman hangolt beállítás esetleges zavarait.
Először is, a 2,5 mérföld hosszú (4 kilométer) fegyverek a világ egyik legtökéletesebb vákuumában vannak, ami azt jelenti, hogy szinte molekulamentes, tehát semmi sem zavarhatja meg a sugár útját. A detektorokat mindenféle készülék (szeizmométerek, magnetométerek, mikrofonok és gamma-ray detektorok) veszi körül, amelyek néhányat említhetnek, amelyek mérik az adatok zavarát és eltávolítják azokat.
Bármit, ami zavarhatja vagy helytelenül értelmezhető gravitációs hullámjelként, szintén le kell vadászni és meg kell szüntetni - mondta Blair. Ide tartoznak a detektoron belüli hiányosságok - úgynevezett zaj - vagy nem asztrofizikai zavarok, amelyeket a műszer felvet, - úgynevezett hibák. A fizikusoknak figyelembe kell venniük az érzékelő tükörét alkotó atomok rezgéseit és az elektronika áramának véletlenszerű ingadozásait. Nagyobb méretekben a hibák bármi lehet az elhaladó tehervonattól a szomjas hollóig.
És a hibákat nagyon nehéz lehet körbevágni. Amikor Arnaud Pele csatlakozott a LIGO detektor-mérnöki csapatához, feladata volt kitalálni, honnan származik egy különösen bosszantó zavar: a gravitációs hullámdetektorok körül a talaj mozgását mérő műszerek állandó csúcsot regisztráltak, és senki sem tudta miért. Néhány hónapos kutyázás után talált rá a tettesre: egy talajtól mentes szikla rakódott le a talaj és néhány mechanikus rugó között, szellőzőrendszer alatt. A szikla miatt a rugók nem tudták megakadályozni, hogy a ventilátor rezgései megjelenjenek az érzékelőben, és ezáltal rejtélyt jelez. "Ez egy nagyon szórakoztató része a munkámnak, amikor ezt a nyomozó dolgokat csinálom" - mondta Pele. "A legtöbb esetben egyszerű megoldások." Az univerzum távolabbi távolságától való végtelenül minimális vibrációk keresésekor az igazi munka nagyon lefelé lehet a Földre.
A legfontosabb talán három detektor létezik: A Louisiana-n kívül egy is a washingtoni Hanfordban, a harmadik pedig Olaszországban: "Ha valami valódi, akkor minden detektorban azonosnak kell lennie" - mondta a LIGO együttműködési tagja. Salvatore Vitale, a MIT fizikai adjunktusa. Ha ez egy tehervonat vagy egy rugó alatt elhelyezett szikla, akkor csak a három detektor egyikében fog megjelenni.
Ezekkel az eszközökkel és néhány nagyon kifinomult algoritmussal a tudósok meg tudják határozni annak valószínűségét, hogy egy jel valóban gravitációs hullám. Még kiszámíthatják az adott érzékelés hamis riasztási arányát, vagy annak lehetőségét, hogy a pontos jel véletlenül jelenik meg. Például a nyár elején bekövetkezett események egyikében például a hamis riasztási arány kevesebb, mint egyszer volt 200 000 évben, így rendkívül kényszerítő jelölt lett. De meg kell várnunk, amíg a végleges ítélet ki nem derül.
A cikk beszámolását részben a Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatása támogatta.
