LIVINGSTON, La. - Umbes pooleteise miili kaugusel hoonest, mida on nii suur, et näete seda kosmosest, aeglustub iga maanteel olev auto roomama. Autojuhid teavad 10 km / h (16 km / h) kiirusepiirangut võtta väga tõsiselt: sellepärast, et hoones asub massiivne detektor, mis kütab taevavibratsiooni kõige väiksema skaalaga, mida eales üritatud. Pole üllatav, et see on tundlik kõigi ümbritsevate maapealsete vibratsioonide suhtes, alates mööduva auto müristamisest kuni looduskatastroofideni teisel pool maakera.
Selle tulemusel peavad teadlased, kes töötavad ühes LIGO (laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskuses) detektoritest, tegema jahti ja eemaldama kõik võimalikud müraallikad - aeglustades detektori ümber toimuvat liiklust, jälgides iga pisikest värinat maa peal, peatades seadmed isegi vibratsiooni minimeeriva neljakordse pendlisüsteemi abil - seda kõike selleks, et luua kõige "vaiksemat" vibratsioonipunkti Maa peal.
"Kõik puudutab mürajahti," ütles Louisiana LIGO detektori detektoritehnika grupi juht Janeen Romie.
Miks on LIGO füüsikud niivõrd kinnisideeks, et nad kõrvaldavad müra ja loovad kõige vibratsioonivaba koha planeedil? Selle mõistmiseks peate teadma, mis on gravitatsioonilised lained ja kuidas LIGO neid kõigepealt tuvastab. Üldrelatiivsusteooria kohaselt on ruum ja aeg osa samast kontinuumist, mida Einstein nimetas ruumiajaks. Ja aeg-ajalt võivad kiiresti kiirenevad massiivsed objektid tekitada gravitatsioonilisi laineid, mis näevad välja nagu vibratsioon, mis kiirgab välja, kui veeris tilgu pinnale kukub. Need lained näitavad kosmose enda kanga venitust ja kokkutõmbumist.
Kuidas mõõta muutusi ruumis-ajas ise, kui mõni mõõteseade kogeks samu muutusi? Geniaalne lahendus on nn interferomeeter. See tugineb tõsiasjale, et gravitatsioonilised lained sirutuvad ruumi-aja mööda ühte suunda, samal ajal tõmbudes piki risti. Mõelge vee peal olevale poele: kui laine möödub, siis see tõuseb üles ja alla. Kogu Maad kiirgava gravitatsioonilise laine korral võngub kõik üles-alla asemel alati nii kergelt edasi-tagasi.
LIGO detektor koosneb laservalgusallikast, kiirte jagajast, mitmest peeglist ja valgusdetektorist. Valgus väljub laserist, jaguneb jaotuskiirega kaheks perpendikulaarseks kiireks, seejärel liigub see võrdse vahemaa kaugusel interferomeetri kätest kahe peegli juurde, kus valgus peegeldub tagasi relvade alla. Seejärel tabasid mõlemad talad detektorit, mis asetseb ühe peegeldava peegli vastas. Kui gravitatsioonilaine läbib interferomeetrit, muudab see ühe käe pisut pikemaks ja teise pisut lühemaks, kuna see sirutub piki ruumi ühes suunas, samal ajal surudes seda mööda teist. See on lõpmatuseni väike muudatus, mis registreerib valgust lööva valguse mustris. detektor. LIGO tundlikkuse tase on LIGO koostöö veebisaidi kohaselt samaväärne "kauguse mõõtmisega lähima täheni (umbes 4,2 valgusaastat) täpsusega, mis on väiksem kui inimese juuste laius".
Selle juuste laiuse laine tuvastamiseks lähevad teadlased selle peenelt häälestatud seadistuse võimalike häirete kõrvaldamiseks äärmise pikkusega, ütles LIGO järeldoktor Carl Blair, kes uurib opto-mehaanikat ehk valguse interaktsiooni mehaaniliste süsteemidega.
Alustuseks on 2,5 miili pikkused (4 kilomeetrit) relvad ühes maailma täiuslikumas vaakumis, mis tähendab, et see on peaaegu molekulidevaba, nii et miski ei saa valgusvihu rada häirida. Samuti on detektorid ümbritsetud kõikvõimalike seadmetega (seismomeetrid, magnetomeetrid, mikrofonid ja gammakiiretektorid, kui nimetada mõnda), mis mõõdavad häireid andmetes ja eemaldavad need.
Blair ütles, et kõik, mis võib häirida või mida võib vääriti tõlgendada kui gravitatsioonilaine signaali, tuleb maha küsida ja kõrvaldada. See hõlmab puudusi detektoris endas - nn müra - või mitteastrofüüsilisi häireid, mida instrument mõõdab, - tõrgetega. Füüsikud peavad arvestama isegi detektori peeglist koosnevate aatomite vibratsiooni ja voolu juhuslike kõikumistega elektroonikas. Laiemas plaanis võivad tõrked olla ükskõik mis mööduvast kaubarongist janusse kärbesse.
Ja tõrgete naelutamine võib olla keeruline. Kui Arnaud Pele liitus LIGO detektoritehnika meeskonnaga, tehti talle ülesandeks välja mõelda, kust eriti häiriv häire tuleneb: instrumendid, mis mõõtsid maa liikumist gravitatsiooniliste lainedetektorite ümber, registreerisid pidevat teravust ja keegi teadis miks. Pärast mitu kuud kestnud koerapeksmist leidis ta süüdlase: maapinna ja mõne mehaanilise allika vahel ventilatsioonisüsteemi all asunud vähenõudliku kivi. Kivimi tõttu ei saanud vedrud takistada ventilaatori vibratsiooni ilmumist detektorisse, põhjustades müsteeriumisignaali. "See on tõeliselt lõbus osa minu tööst, seda detektiivi kraami tehes," sõnas Pele. "Enamasti on tegemist lihtsate lahendustega." Universumi kaugelt ulatuvate lõpmatuseni väikeste vibratsioonide otsimisel võib tegelik teos olla väga maapinnal.
Kõige olulisem on ehk kolm detektorit: lisaks Louisiana omale on üks ka Washingtonis Hanfordis ja kolmas Itaalias: "Kui miski on tõeline, peab see kõikides detektorites sama välja nägema," ütles LIGO koostööliige Salvatore Vitale, MITi füüsika dotsent. Kui see on kaubarong või allika alla paigutatud kivi, kuvatakse see ainult ühes kolmest detektorist.
Kõigi nende tööriistade ja mõne väga keeruka algoritmi abil suudavad teadlased kvantifitseerida tõenäosuse, et signaal on tõepoolest gravitatsiooniline laine. Nad saavad isegi arvutada valetuvastuse määra antud tuvastuse korral või võimaluse, et täpne signaal ilmub kogemata. Näiteks ühe suve alguses toimunud sündmuse valehäire määr oli harvem kui üks kord 200 000 aasta jooksul, muutes selle äärmiselt kaalukaks kandidaadiks. Kuid peame ootama, kuni lõplik kohtuotsus selgub.
Selle artikli kajastamist toetas osaliselt Riikliku Teadusfondi toetus.
