ЛИВИНГСТОН, Ла. - Отприлике километар и пол од толико велике зграде, можете је видети из свемира, сваки аутомобил на путу успорава и пузи. Возачи знају да ограничење брзине од 10 км / х схватају веома озбиљно: То је зато што у згради се налази масивни детектор који лови небеске вибрације на најмањој скали икада. Није изненађујуће да је осетљив на све земаљске вибрације око њега, од тутњаве аутомобила у пролазу до природних катастрофа на другој страни земаљске кугле.
Као резултат тога, научници који раде у једном од детектора ЛИГО (Ласер Интерферометер Гравитацијски-таласни опсерваториј) морају ићи на изузетне дужине да би ушли у везу и уклонили све потенцијалне изворе буке - успоравање саобраћаја око детектора, надгледање сваке ситне дрхтавице земља, чак и суспендовање опреме из четвороструког клатна који смањује вибрације - а све у настојању да се створи најчухнија вибрациона тачка на Земљи.
"Све се односи на лов на буку", рекла је Јанеен Ромие, вођа детекторских инжењерских група на ЛИГО детектору у Лоуисиани.
Зашто су ЛИГО физичари толико опседнути елиминацијом буке и стварањем места без вибрација на планети? Да бисте то схватили, морате знати шта су гравитациони таласи и како их ЛИГО детектује у првом реду. Према општој релативности, простор и време су део истог континуума који је Ајнштајн назвао простор-време. И у просторном времену, масивни предмети који се убрзавају могу произвести гравитационе таласе, који изгледају попут таласа који зраче према споља када се шљунак спусти на површину језерца. Ови таласи откривају истезање и контракцију ткива самог космоса.
Како мерите промене у самом простору-времену, када би било који мерни уређај доживео исте промене? Генијално решење је оно што је познато као интерферометар. Ослања се на чињеницу да се гравитациони таласи протежу простор-време дуж једног смера, док га увлаче у правцу окомице. Помислите на плутачу на води: Када талас прође, диже се горе-доле. У случају гравитационог таласа који зрачи земљом, све осцилира тако лагано напред-назад, уместо горе-доле.
ЛИГО детектор састоји се од ласерског извора светлости, раздевача снопа, неколико огледала и детектора светлости. Светлост напушта ласер, раздваја се у две окомите зраке распером светлошћу, а затим прелази једнаке удаљености низ краке интерферометра до два огледала, где се светлост враћа назад низ руке. Обе зраке затим ударају у детектор, који је постављен насупрот једног од огледала. Када гравитациони талас прође кроз интерферометар, један крак чини мало дужим, а други мало краћим, јер протеже простор дуж једног смера док га компримира дуж другог. Ова бесконачно мала промена региструје у обрасцу да светлост удара светлост детектор. Ниво осетљивости ЛИГО-а је еквивалентан "мерењу удаљености до најближе звезде (неких 4,2 светлосне године) до тачности мање од ширине људске длаке", наводи се на веб локацији ЛИГО о сарадњи.
Да би могли да открију талас ширине косе, научници иду до крајњих дужина да елиминишу евентуалне поремећаје овог фино подешеног постава, рекао је Царл Блаир, постдокторски истраживач из ЛИГО-а који проучава опто-механику или интеракцију светлости са механичким системима.
За почетак, руке дужине 2,5 километара (4 километра) налазе се у једном од најсавршенијих вакуума на свету, што значи да је готово без молекула, тако да ништа не може ометати пут зраке. Детектори су такође окружени свим врстама уређаја (сеизмометри, магнетометри, микрофони и детектори гама зрака, да их набројимо) који мере поремећаје у подацима и уклањају их.
Све што би могло ометати или погрешно тумачити као сигнал гравитационог таласа такође мора бити ловљено и елиминисано, рекао је Блаир. То укључује несавршености унутар самог детектора - оно што је познато као бука - или неастрофизичке сметње које инструмент покупи - а које су познате и као пропусте. Физичари морају чак да урачунају вибрације атома које чине детектор огледало и случајне флуктуације струје у електроници. У већем обиму, пропусти могу бити било шта, од пролазног теретног воза до жеђног гаврана.
А пропусти могу бити заиста напорни за нокте. Кад се Арнауд Пеле придружио тиму за детекторе у ЛИГО-у, добио је задатак да схвати одакле долази посебно мучан поремећај: инструменти који су мерили кретање земље око детектора гравитационог таласа региструју константан шиљак, и нико знао сам зашто. Након вишемјесечног пљачкања, пронашао је кривца: неупадљива стијена заглављена између тла и неких механичких опруга под вентилацијским системом. Због стијене, опруге нису могле спријечити да се вибрација вентилатора појаве у детектору, узрокујући мистериозни сигнал. "То је заиста забаван део мог посла, радећи ове детективске ствари", рекао је Пеле. "Већином су то једноставна решења." У потрази за бесконачно малим вибрацијама из далеких свемира, прави посао може бити врло доле на Земљу.
Најважније су, можда, три детектора: Поред оног у Луизијани, постоји и један у Ханфорду у Вашингтону и трећи у Италији: "Ако је нешто стварно, мора да изгледа исто у свим детекторима", рекао је члан сараднице ЛИГО Салваторе Витале, доцент физике на МИТ-у. Ако је теретни воз или стена смештена испод опруге, појавит ће се само у једном од три детектора.
Уз све ове алате и неке врло софистициране алгоритме, научници су у могућности да квантификују вероватноћу да је сигнал заиста гравитациони талас. Они чак могу израчунати лажну стопу аларма за дано откривање или могућност да се тачан сигнал појави случајно. На пример, један од догађаја овог лета, имао је лажну стопу аларма мању од једном у 200.000 година, што га чини изузетно убедљивим кандидатом. Али мораћемо да сачекамо док се не донесе коначна пресуда.
Извештавање за овај чланак делимично је подржано грантом Националне фондације за науку.
