LIVINGSTON, La. - Uzaydan görebileceğiniz kadar büyük bir binadan yaklaşık bir buçuk mil, yoldaki her araba bir taramaya yavaşlar. Sürücüler 16 km / s hız sınırını çok ciddiye almayı biliyorlar: Çünkü bina, şimdiye kadar denenen en küçük ölçekte göksel titreşimleri avlayan büyük bir dedektör barındırıyor. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, geçen bir arabanın gümbürdüğünden dünyanın diğer tarafındaki doğal afetlere kadar çevresindeki tüm dünyadaki titreşimlere karşı hassastır.
Sonuç olarak, LIGO (Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi) dedektörlerinden birinde çalışan bilim adamları, tüm potansiyel gürültü kaynaklarını avlamak ve çıkarmak için olağanüstü uzunluklara gitmelidir - dedektör çevresindeki trafiği yavaşlatarak, topraklama, hatta ekipmanı titreşimleri en aza indiren dörtlü bir sarkaç sisteminden askıya alır - hepsi Dünyadaki en "sessiz" titreşim noktasını oluşturmak için.
Louisiana'daki LIGO dedektöründeki dedektör mühendisliği grubu lideri Janeen Romie, "Her şey gürültü avcılığıyla ilgili," dedi.
LIGO fizikçileri gürültüyü ortadan kaldırmaya ve gezegendeki en titreşimsiz yeri yaratmaya neden bu kadar takıntılı? Bunu anlamak için, yerçekimi dalgalarının ne olduğunu ve LIGO'nun onları ilk başta nasıl algıladığını bilmeniz gerekir. Genel göreliliğe göre, uzay ve zaman, Einstein'ın uzay-zaman olarak adlandırdığı aynı sürekliliğin bir parçasıdır. Ve uzay-zamanda, hızla hızlanan büyük nesneler, bir çakıl göletin yüzeyine düştüğünde dışarı doğru yayılan dalgalanmalara benzeyen yerçekimi dalgaları üretebilir.Bu dalgalar evrenin kendisinin kumaşının gerilmesini ve büzülmesini ortaya çıkarır.
Herhangi bir ölçüm cihazı aynı değişiklikleri yaşayacağı zaman, uzay zamanındaki değişiklikleri nasıl ölçersiniz? Ustaca çözüm, bir interferometre olarak bilinen şeydir. Yerçekimi dalgalarının uzay-zamanını bir yönde uzatırken, dik doğrultuda daralması gerçeğine dayanır. Sudaki bir şamandıra düşünün: Bir dalga geçtiğinde yukarı ve aşağı bobs. Dünyaya yayılan bir yerçekimi dalgası durumunda, her şey yukarı ve aşağı yerine çok az ileri ve geri salınır.
LIGO'nun dedektörü bir lazer ışık kaynağı, bir ışın ayırıcı, birkaç ayna ve bir ışık dedektöründen oluşur. Işık lazeri terk eder, bir ışın ayırıcı ile iki dikey ışına ayrılır, daha sonra interferometrenin kollarından aşağıya doğru eşit mesafeler gönderir, burada ışık tekrar kollara yansıtılır. Her iki ışın daha sonra yansıtıcı aynalardan birinin karşısına yerleştirilen dedektöre çarpar. Bir yerçekimi dalgası interferometreden geçtiğinde, kollardan birini biraz daha uzun, diğerini biraz daha kısa hale getirir, çünkü bir diğeri boyunca sıkıştırırken bir yönde uzayı uzatır.Bu sonsuz küçük değişiklik, ışığa çarpan ışık düzeninde kayıt yapar. detektörü. LIGO işbirliği web sitesine göre, LIGO'nun hassasiyet seviyesi, "en yakın yıldıza olan mesafeyi (4.2 ışık yılı kadar) bir insan saçının genişliğinden daha küçük bir doğrulukla ölçmek" ile eşdeğerdir.
LIGO'da opto-mekaniği veya ışığın mekanik sistemlerle etkileşimini inceleyen doktora sonrası araştırmacı Carl Blair, saçın genişlik dalgasını tespit edebilmek için bilim adamlarının bu ince ayarlı kurulumdaki olası rahatsızlıkları ortadan kaldırmak için aşırı uzunluklara gittiğini söyledi.
Başlamak için, 2,5 mil uzunluğundaki (4 kilometre) kollar dünyanın en mükemmel vakumlarından birinde, yani neredeyse molekül içermiyor, bu yüzden hiçbir şey ışının yoluna müdahale edemez. Dedektörler ayrıca verilerdeki bozulmaları ölçen ve kaldıran her türlü cihazla (sismometreler, manyetometreler, mikrofonlar ve gama ışını detektörleri) çevrelenir.
Blair, yerçekimi dalgası sinyaline müdahale edebilecek veya yanlış yorumlanabilecek her şeyin de avlanması ve ortadan kaldırılması gerektiğini söyledi. Bu, dedektörün kendisinde - gürültü olarak bilinen - veya cihaz tarafından alınan astrofiziksel olmayan bozukluklar - aksaklık olarak bilinen - kusurları içerir. Fizikçiler, dedektörün aynasını oluşturan atomların titreşimlerini ve elektronikteki akımın rastgele dalgalanmalarını bile hesaba katmalıdır. Daha büyük ölçekte, aksaklıklar geçen bir yük treninden susuz bir kuzguna kadar herhangi bir şey olabilir.
Ve aksaklıklar çivi çakmak için gerçekten zor olabilir. Arnaud Pele, LIGO'daki dedektör mühendisliği ekibine katıldığında, özellikle sinir bozucu bir rahatsızlığın nereden geldiğini bulmakla görevlendirildi: yerçekimi dalga dedektörleri etrafındaki zeminin hareketini ölçen aletler sabit bir artış kaydetti ve hiç kimse nedenini biliyordu. Birkaç ay süren dolandırıcılıktan sonra suçluyu buldu: zemin ve bir havalandırma sistemi altında bazı mekanik yaylar arasında yer alan mütevazi bir kaya. Kaya nedeniyle, yaylar ventilatörün titreşiminin dedektörde görünmesini engelleyemedi ve gizemli sinyale neden oldu. Pele, “Bu dedektif işi yapmak işimin gerçekten eğlenceli bir parçası” dedi. "Çoğu zaman basit çözümler." Evrenin uzak noktalarından sonsuz küçük titreşimler arayışında, gerçek iş Dünya'ya çok aşağı olabilir.
En önemlisi, belki de üç dedektör var: Louisiana'dakinin yanı sıra, Hanford, Washington'da ve üçüncüsü İtalya'da var: "Bir şey gerçekse, tüm dedektörlerde aynı görünmek zorunda," dedi LIGO işbirliği üyesi Salvatore Vitale, MIT'de fizik profesörü. Eğer bir yük treni veya bir yayın altında kalan bir kaya ise, sadece üç dedektörden birinde görünecektir.
Tüm bu araçlar ve bazı çok karmaşık algoritmalar ile bilim adamları, bir sinyalin gerçekten yerçekimi dalgası olma olasılığını ölçebilirler. Belirli bir algılama için yanlış alarm oranını veya kesin sinyalin kazara görünme olasılığını bile hesaplayabilirler. Örneğin, bu yaz başlarında meydana gelen olaylardan biri, 200.000 yılda bir defadan az yanlış alarm oranına sahipti ve bu da onu son derece zorlayıcı bir aday haline getirdi. Ama son karar çıkana kadar beklememiz gerekecek.
Bu makalenin raporlanması kısmen Ulusal Bilim Vakfı tarafından verilen bir hibe ile desteklenmiştir.
