LIVINGSTON, Λα. - Περίπου ένα μίλι και μισό από ένα κτίριο τόσο μεγάλο που μπορείτε να το δείτε από το διάστημα, κάθε αυτοκίνητο στο δρόμο επιβραδύνεται σε ένα crawl. Οι οδηγοί γνωρίζουν πολύ σοβαρά το όριο ταχύτητας 10 mph (16 km / h): Αυτό συμβαίνει επειδή το κτίριο στεγάζει έναν τεράστιο ανιχνευτή που κυνηγάει ουράνιους κραδασμούς στη μικρότερη κλίμακα που επιχειρήθηκε ποτέ. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι είναι ευαίσθητο σε όλες τις γήινες δονήσεις γύρω από αυτό, από τις κουδουνίστρες ενός περαστικού αυτοκινήτου σε φυσικές καταστροφές στην άλλη πλευρά του πλανήτη.
Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες που εργάζονται σε έναν από τους ανιχνευτές LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) πρέπει να πάνε σε έκτακτα μήκη για να κυνηγήσουν και να απομακρύνουν όλες τις πιθανές πηγές θορύβου - επιβραδύνοντας την κυκλοφορία γύρω από τον ανιχνευτή, παρακολουθώντας κάθε μικροσκοπικό τρόμο το έδαφος, ακόμα και την ανάρτηση του εξοπλισμού από ένα τετραπλό σύστημα εκκρεμών που ελαχιστοποιεί τις δονήσεις - όλα στην προσπάθεια να δημιουργηθεί το πιο "σιωπηλό" δονητικό σημείο στη Γη.
"Όλα είναι για το θόρυβο," δήλωσε ο Janeen Romie, η ομάδα ανιχνευτών-μηχανικών οδηγεί στον ανιχνευτή LIGO στη Λουιζιάνα.
Γιατί οι φυσικοί του LIGO είναι τόσο εμμονή με την εξάλειψη του θορύβου και τη δημιουργία του πιο απαλλαγμένου από κραδασμούς τόπου στον πλανήτη; Για να το καταλάβετε, πρέπει να ξέρετε ποια είναι τα κύματα βαρύτητας και πώς τα ανιχνεύει η LIGO στην πρώτη θέση. Σύμφωνα με τη γενική σχετικότητα, ο χώρος και ο χρόνος είναι μέρος του ίδιου συνεχούς, τον οποίο ο Αϊνστάιν ονομάζεται χωροχρόνος. Και στο διάστημα, γρήγορα επιταχυνόμενα μαζικά αντικείμενα μπορούν να παράγουν βαρυτικά κύματα, τα οποία μοιάζουν με τις κυματιστές που ακτινοβολούν προς τα έξω όταν πέφτει ένα βότσαλο πάνω στην επιφάνεια μιας λίμνης. Αυτά τα κύματα αποκαλύπτουν την τάνυση και συστολή του ιστού του ίδιου του σύμπαντος.
Πώς μετράτε τις αλλαγές στην ίδια τη χωροχρονική περίοδο, όταν οποιαδήποτε συσκευή μέτρησης θα βιώσει τις ίδιες αλλαγές; Η έξυπνη λύση είναι αυτό που είναι γνωστό ως συμβολόμετρο. Βασίζεται στο γεγονός ότι τα κύματα βαρύτητας τεντώνουν το χώρο-χρόνο κατά μήκος μίας κατεύθυνσης, ενώ το συστέλλουν κατά μήκος της κάθετης κατεύθυνσης. Σκεφτείτε μια σημαδούρα στο νερό: Όταν ένα κύμα περνά, χτυπάει πάνω και κάτω. Στην περίπτωση ενός βαρυτικού κύματος που ακτινοβολεί στη Γη, τα πάντα ταλαντεύονται τόσο ελαφρώς εμπρός και πίσω, αντί προς τα πάνω και προς τα κάτω.
Ο ανιχνευτής LIGO αποτελείται από μια πηγή φωτός λέιζερ, έναν διαχωριστή δέσμης, διάφορους καθρέφτες και έναν ανιχνευτή φωτός. Το φως φεύγει από το λέιζερ, χωρίζεται σε δύο κάθετες δοκοί από ένα beamsplitter και στη συνέχεια ταξιδεύει ίσες αποστάσεις κάτω από τους βραχίονες του συμβολόμετρου σε δύο καθρέφτες, όπου το φως αντανακλάται πίσω στα χέρια. Και οι δύο δοκοί χτυπούν τον ανιχνευτή, ο οποίος βρίσκεται απέναντι από έναν από τους ανακλαστικούς καθρέφτες. Όταν ένα βαρυτικό κύμα διέρχεται από το συμβολόμετρο, κάνει ένα από τα χέρια ελαφρώς μακρύτερο και το άλλο ελαφρώς μικρότερο, διότι τεντώνει το διάστημα κατά μία κατεύθυνση ενώ συμπιέζεται κατά μήκος άλλου. Αυτή η άπειρη μικρή αλλαγή καταγράφει στο πρότυπο του φωτός που χτυπά το φως ανιχνευτής. Το επίπεδο ευαισθησίας του LIGO ισοδυναμεί με τη μέτρηση της απόστασης από το πλησιέστερο αστέρι (περίπου 4,2 έτη φωτός) σε ακρίβεια μικρότερη από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας ", σύμφωνα με την ιστοσελίδα συνεργασίας της LIGO.
Για να είναι σε θέση να ανιχνεύσουν το κύμα του πλάτους των μαλλιών, οι επιστήμονες πηγαίνουν σε ακραίες διαστάσεις για να εξαλείψουν τυχόν διαταραχές σε αυτό το εξαιρετικά συντονισμένο σύστημα, είπε ο Carl Blair, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο LIGO που μελετά οπτομηχανική ή αλληλεπίδραση φωτός με μηχανικά συστήματα.
Για να ξεκινήσετε, οι βραχίονες μήκους 2,5 χιλιομέτρων (4 χιλιόμετρα) βρίσκονται σε ένα από τα πιο τέλεια κενά στον κόσμο, δηλαδή είναι σχεδόν απαλλαγμένα από μόρια, επομένως τίποτα δεν μπορεί να επηρεάσει τη διαδρομή της δέσμης. Οι ανιχνευτές περιβάλλουν επίσης όλα τα είδη συσκευών (σεισμόμετρα, μαγνητόμετρα, μικρόφωνα και ανιχνευτές ακτίνων γάμμα, για να αναφέρουμε μερικά) που μετρούν τις διαταραχές στα δεδομένα και τα αφαιρούν.
Οτιδήποτε μπορεί να παρεμβαίνει ή να ερμηνεύεται λανθασμένα ως σήμα βαρυτικού κύματος πρέπει επίσης να κυνηγηθεί και να εξαλειφθεί, είπε ο Μπλερ. Αυτό περιλαμβάνει τις ατέλειες μέσα στον ίδιο τον ανιχνευτή - αυτό που είναι γνωστό ως θόρυβος - ή μη-αστροφυσικές διαταραχές που παίρνουν συλλαμβάνονται από το όργανο - αυτό που είναι γνωστό ως δυσλειτουργίες. Οι φυσικοί πρέπει να λογοδοτούν για τις δονήσεις των ατόμων που απαρτίζουν τον καθρέφτη του ανιχνευτή και τις τυχαίες διακυμάνσεις του ρεύματος στα ηλεκτρονικά. Σε μεγαλύτερη κλίμακα, οι δυσλειτουργίες μπορεί να είναι οτιδήποτε από ένα τρέχον εμπορικό τρένο σε ένα διψασμένο κοράκι.
Και τα προβλήματα μπορεί να είναι πραγματικά δύσκολο να καρφώσει κάτω. Όταν ο Arnaud Pele προσχώρησε στην ομάδα ανιχνευτών-μηχανικών στο LIGO, είχε την εντολή να υπολογίσει από πού προέρχεται μια ιδιαίτερα ενοχλητική διαταραχή: τα όργανα που μέτρησαν την κίνηση του εδάφους γύρω από τους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων σημείωναν μια σταθερή ακίδα και κανένας ήξερε γιατί. Μετά από αρκετούς μήνες πεισματικής συρρίκνωσης, βρήκε τον ένοχο: ένας πελώριος βράχος που στεκόταν μεταξύ του εδάφους και μερικών μηχανικών ελατηρίων κάτω από ένα σύστημα εξαερισμού. Λόγω του βράχου, τα ελατήρια δεν μπορούσαν να αποτρέψουν την εμφάνιση των κραδασμών του αναπνευστήρα στον ανιχνευτή, προκαλώντας το σήμα μυστηρίου. "Είναι ένα πραγματικά διασκεδαστικό μέρος της δουλειάς μου, κάνοντας αυτό το ντετέκτιβ πράγματα", είπε ο Pele. "Τις περισσότερες φορές, είναι απλές λύσεις." Στην αναζήτηση απεριόριστα μικρών κραδασμών από τις μακρινές περιοχές του σύμπαντος, το πραγματικό έργο μπορεί να είναι πολύ κάτω στη Γη.
Το πιο σημαντικό, ίσως, υπάρχουν τρεις ανιχνευτές: Εκτός από το ένα στη Λουιζιάνα, υπάρχει ένα στο Χάνφορντ της Ουάσινγκτον και ένα τρίτο στην Ιταλία: "Αν κάτι είναι πραγματικό, πρέπει να φαίνεται το ίδιο σε όλους τους ανιχνευτές", δήλωσε ο συνεργάτης του LIGO Salvatore Vitale, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο MIT. Αν είναι ένα φορτηγό τρένο ή ένας βράχος που βρίσκεται κάτω από ένα ελατήριο, τότε θα εμφανιστεί μόνο σε έναν από τους τρεις ανιχνευτές.
Με όλα αυτά τα εργαλεία και ορισμένους πολύ περίπλοκους αλγορίθμους, οι επιστήμονες είναι σε θέση να ποσοτικοποιήσουν την πιθανότητα ότι ένα σήμα είναι πράγματι ένα βαρυτικό κύμα. Μπορούν ακόμη να υπολογίσουν το ποσοστό ψευδούς συναγερμού για μια δεδομένη ανίχνευση ή την πιθανότητα να εμφανιστεί τυχαία το ακριβές σήμα. Ένα από τα γεγονότα από το καλοκαίρι αυτό το καλοκαίρι, για παράδειγμα, είχε ένα ποσοστό ψευδούς συναγερμού μικρότερο από μία φορά σε 200.000 χρόνια, καθιστώντας το ένα εξαιρετικά επιτακτικό υποψήφιο. Αλλά θα πρέπει να περιμένουμε μέχρι να τελειώσει η τελική ετυμηγορία.
Η αναφορά για αυτό το άρθρο υποστηρίχθηκε εν μέρει από επιχορήγηση του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών.
