LIVINGSTON, La. - Apie pusantros mylios atstumu nuo tokio didelio pastato, kurį galite pamatyti iš kosmoso, kiekvienas automobilis kelyje sulėtėja iki nuskaitymo. Vairuotojai žino, kad 10 mph (16 km / h) greičio apribojimą vertina labai rimtai: taip yra todėl, kad pastate yra masyvus detektorius, kuris medžioja dangaus virpesius mažiausiu bandymu. Nenuostabu, kad jis jautrus visoms žemiškoms vibracijoms aplink jį, pradedant pro šalį važiuojančio automobilio šurmuliais ir baigiant stichinėmis nelaimėmis kitoje Žemės rutulio pusėje.
Todėl mokslininkai, dirbantys viename iš LIGO (lazerinių interferometrų gravitacinių bangų observatorijos) detektorių, turi medžioti ir pašalinti visus galimus triukšmo šaltinius - sulėtinti eismą aplink detektorių ir stebėti kiekvieną mažytį drebėjimą net pakabindamas įrangą nuo keturių švytuoklių sistemos, kuri sumažina vibraciją - visa tai stengiantis sukurti „tyliausią“ vibracinę vietą Žemėje.
„Viskas yra susijusi su triukšmo medžiokle“, - sakė detektyvų inžinerijos grupės vadovė Janeen Romie, vadovaujanti LIGO detektoriui Luizianoje.
Kodėl LIGO fizikai yra tokie įkyrūs, kad pašalina triukšmą ir sukuria vietą be vibracijos planetoje? Norėdami tai suprasti, turite žinoti, kas yra gravitacinės bangos ir kaip LIGO jas pirmiausia nustato. Pagal bendrąjį reliatyvumą, erdvė ir laikas yra to paties tęsinio, kurį Einšteinas pavadino erdvės laiku, dalis. O erdvės metu greitai spartėjantys masyvūs objektai gali sukelti gravitacines bangas, kurios atrodo kaip bangos, sklindančios į išorę, kai akmenukas numetamas ant tvenkinio paviršiaus. Šios bangos parodo paties kosmoso audinio ištempimą ir susitraukimą.
Kaip išmatuoti paties laiko ir laiko pokyčius, kai bet kuris matavimo prietaisas patiria tuos pačius pokyčius? Išradingas sprendimas yra tai, kas vadinama interferometru. Ji remiasi tuo, kad gravitacinės bangos driekiasi erdvės metu viena kryptimi, tuo pačiu susitraukdamos statmena kryptimi. Pagalvokite apie plūdurą ant vandens: Kai banga praeina, jis krenta aukštyn ir žemyn. Tuo atveju, kai gravitacinė banga spinduliuoja per Žemę, viskas vis tiek svyruoja šiek tiek pirmyn ir atgal, o ne aukštyn ir žemyn.
LIGO detektorių sudaro lazerio šviesos šaltinis, pluošto skirstytuvas, keli veidrodžiai ir šviesos detektorius. Šviesa palieka lazerį, dalijama į dvi statmenas spindulius, naudojant pluošto skirstytuvą, tada vienodais atstumais žemyn nukreipia interferometro rankas į du veidrodžius, kur šviesa atsispindi atgal žemyn rankomis. Tada abi sijos smogė detektoriui, kuris yra priešais vieną iš atspindinčių veidrodžių. Kai gravitacinė banga praeina per interferometrą, ji viena ranką padaro šiek tiek ilgesnę, o kitą - šiek tiek trumpesnę, nes ji driekiasi erdve išilgai vienos krypties, o suspaudžiant ją išilgai kitos. Tai be galo maži pokyčiai, registruojantys šviesą, atspindinčią šviesą. detektorius. Kaip teigiama LIGO bendradarbiavimo svetainėje, LIGO jautrumo lygis yra lygus „atstumo iki artimiausios žvaigždės (maždaug 4,2 šviesmečio) matavimu mažesniu nei žmogaus plaukų plotis tikslumu“.
Kad galėtų aptikti tą plaukų pločio bangą, mokslininkai eina į maksimalų ilgį, kad pašalintų bet kokius šio subtiliai suderinto įrenginio trikdžius. Pasak LIGO podoktorantūros tyrinėtojo, opto-mechaniką arba šviesos sąveiką su mechaninėmis sistemomis tyrinėjančio Carlo Blairo.
Pirmiausia, 2,5 mylios ilgio (4 kilometrai) ginklai yra viename tobuliausių pasaulyje vakuuminių vamzdžių, ty jis beveik neturi molekulių, todėl niekas negali trukdyti spindulio keliui. Detektorius taip pat supa įvairūs prietaisai (seismometrai, magnetometrai, mikrofonai ir gama spindulių detektoriai, jei norite paminėti kelis), kurie matuoja duomenų trikdžius ir juos pašalina.
Viskas, kas galėtų trukdyti ar neteisingai interpretuoti kaip gravitacinių bangų signalą, taip pat turi būti sumedžiota ir pašalinta, sakė Blairas. Tai apima paties detektoriaus trūkumus - vadinamąjį triukšmą - arba ne astrofizinius trikdžius, kuriuos sukelia instrumentas, - vadinamuosius trikdžius. Fizikai turi net atsižvelgti į atomų, kurie sudaro detektoriaus veidrodį, virpesius ir atsitiktinius srovės svyravimus elektronikoje. Didesniu mastu trikdžiai gali būti bet kas - nuo pravažiuojančio krovininio traukinio iki ištroškusio varno.
O blizgesys gali būti tikrai sudėtingas. Kai Arnaud Pele prisijungė prie detektorių inžinierių komandos LIGO, jam buvo pavesta išsiaiškinti, iš kur kyla ypač baisus trikdis: instrumentai, matuojantys žemės judesį aplink gravitacinių bangų detektorius, užregistravo nuolatinį smaigalį, ir niekas žinojo kodėl. Po kelių mėnesių sunkaus gulėjimo jis rado kaltininką: tarp žemės ir kai kurių mechaninių spyruoklių, esančių po ventiliacijos sistema, buvo nesunaikinama uola. Dėl uolos, spyruoklės negalėjo sutrukdyti ventiliatoriaus vibracijai pasirodyti detektoriuje ir sukelti paslapties signalą. „Tai tikrai įdomus mano darbo dalis, atliekant šį detektyvo darbą“, - sakė Pele. "Dažniausiai tai yra paprasti sprendimai." Ieškant be galo mažų virpesių iš tolimojo Visatos krašto, tikrasis kūrinys gali būti labai žemai link Žemės.
Galbūt svarbiausia yra trys detektoriai: Be to, Luizianoje, vienas yra Hanforde, Vašingtone, o trečiasis - Italijoje: „Jei kažkas tikra, jis turi atrodyti taip pat ir visuose detektoriuose“, - teigė LIGO bendradarbiavimo narys. Salvatore Vitale, MIT fizikos docentas. Jei tai yra krovininis traukinys ar uola, pastatyta po šaltiniu, tada ji bus rodoma tik viename iš trijų detektorių.
Naudodamiesi visais šiais įrankiais ir kai kuriais labai sudėtingais algoritmais, mokslininkai sugeba išmatuoti tikimybę, kad signalas iš tiesų yra gravitacinė banga. Jie netgi gali apskaičiuoti klaidingą tam tikro aptikimo aliarmo dažnį arba galimybę, kad tikslus signalas pasirodys atsitiktinai. Pvz., Vieno iš anksčiau šią vasarą vykusių įvykių klaidingo pavojaus dažnis buvo mažesnis nei kartą per 200 000 metų, todėl jis buvo nepaprastai patrauklus kandidatas. Bet mes turėsime palaukti, kol bus paskelbtas galutinis nuosprendis.
Pranešimą už šį straipsnį iš dalies rėmė Nacionalinio mokslo fondo dotacija.
