LIVINGSTON, La. - כקילומטר וחצי מבניין כל כך גדול שאתה יכול לראות אותו מהחלל, כל מכונית בכביש מאטה לזחילה. נהגים יודעים לקחת את המהירות המהירות של 10 קמ"ש (16 קמ"ש) ברצינות רבה: הסיבה לכך היא שהבניין מכיל גלאי מסיבי המצודד תנודות שמימיות בסולם הקטן ביותר שאי פעם ניסה. באופן לא מפתיע, הוא רגיש לכל התנודות הארציות שסביבו, החל מתהליכי מכונית חולפת ועד אסונות טבע בצד השני של העולם.
כתוצאה מכך, מדענים העובדים באחד מגלאי LIGO (מצפה גל לייזר אינטרפרומטר) חייבים לנקוט באורך יוצא דופן כדי לצוד ולהסיר את כל מקורות הרעש הפוטנציאליים - להאט את התנועה סביב הגלאי, לפקח על כל רעד זעיר באזור בקרקע, אפילו להשעות את הציוד ממערכת מטוטלת מרובעת שמצמצמת את הרטט - כל זאת במאמץ ליצור את נקודת הרטט "השקטה ביותר" על כדור הארץ.
"הכל קשור לציד רעשים", אמרה ג'ינן רומי, ראש צוות הגלאים והנדסה בגלאי LIGO בלואיזיאנה.
מדוע פיזיקאים של LIGO כל כך אובססיביים בביטול רעש וביצירת המקום הכי נטול רטט בכוכב הלכת? כדי להבין זאת, עליכם לדעת מהם גלי הכבידה וכיצד LIGO מזהה אותם מלכתחילה. על פי היחסות הכללית, מרחב וזמן הם חלק מאותו רצף, אותו כינה איינשטיין מרחב-זמן. ובחלל-זמן, עצמים מאסיביים המואצים במהירות יכולים לייצר גלי כבידה, הנראים כמו אדוות המקרינות החוצה כאשר נשמט חלוק אבן על פני בריכה. גלים אלה חושפים את מתיחתו והתכווצותו של מארג הקוסמוס עצמו.
כיצד מודדים שינויים בזמן המרחב עצמו, כאשר מכשיר מדידה כלשהו יחווה אותם שינויים? הפיתרון הגאוני הוא מה שמכונה אינטרפרומטר. הוא מסתמך על העובדה שגלי הכבידה נמתחים זמן-מרחב לאורך כיוון אחד, תוך התכווצותו לכיוון הניצב. חשבו על מצוף על המים: כאשר גל עובר הוא מתנדנד מעלה ומטה. במקרה של גל כבידה הקורן על פני כדור הארץ, כל דבר מתנדנד מעט כל כך קדימה ואחורה, במקום למעלה ולמטה.
הגלאי של LIGO מורכב ממקור אור לייזר, מפצל קורות, מספר מראות וגלאי אור. האור עוזב את הלייזר, מתפצל לשתי קורות בניצב על ידי מפצל קרניים, ואז עובר מרחקים שווים במורד זרועות האינטרפרומטר לשני מראות, שם האור משתקף חזרה במורד הזרועות. שתי הקורות פוגעות אז בגלאי, שמוצב מול אחת מהמראות המשקפות. כאשר גל כבידה עובר דרך האינטרפרומטר, הוא הופך את אחת הזרועות למשהו מעט יותר, והשנייה מעט יותר קצרה, מכיוון שהוא מותח את החלל לאורך כיוון אחד תוך כדי דחיסתו לאורך אחר. זה נרשם שינוי אינסופי להפליא בתבנית האור הפוגעת באור גלאי. רמת הרגישות של LIGO שקולה ל"מדידת המרחק לכוכב הקרוב ביותר (כ -4.2 שנות אור) לרמת דיוק קטנה מרוחב שיער אדם ", כך על פי אתר שיתוף הפעולה של LIGO.
כדי לזהות את גל רוחב השיער הזה, מדענים עוברים מאמצים קיצוניים בכדי לחסל כל הפרעה אפשרית במערך המכוון הזה, אמר קרל בלייר, חוקר פוסט-דוקטורט ב- LIGO שחוקר אופטו-מכניקה, או אינטראקציה של אור עם מערכות מכניות.
ראשית, הזרועות באורך 2.5 קילומטר (4 ק"מ) נמצאות באחד התאים הטובים ביותר בעולם, כלומר כמעט ללא מולקולות, כך ששום דבר לא יכול להפריע לדרך הקורה. הגלאים מוקפים גם בכל מיני מכשירים (סיסמומטרים, מגנטומטרים, מיקרופונים וגלאי קרני גאמא, אם נזכיר כמה) שמודדים הפרעות בנתונים ומסירים אותם.
כל דבר שעלול להפריע או להתפרש בצורה לא נכונה כאות גל-כבידה צריך גם כן לצוד ולחסל אותו, אמר בלייר. זה כולל פגמים בגלאי עצמו - מה שמכונה רעש - או הפרעות לא אסטרופיזיות שנקלטות על ידי המכשיר - מה שמכונה תקלות. הפיזיקאים חייבים אפילו להסביר את התנודות של האטומים המרכיבים את מראה הגלאי ואת התנודות האקראיות של הזרם האלקטרוניקה. בקנה מידה גדול יותר, תקלות יכולות להיות כל דבר, החל מרכבת משא חולפת ועד עורב צמא.
ותקלות יכולות להיות ממש מסובכות לקצץ. כשארנאוד פלה הצטרף לצוות הגלאי-הנדסי ב- LIGO, הוא הוטל עליו להבין לאן הגיעה הפרעה מציקת במיוחד: המכשירים שמדדו את תנועת האדמה סביב גלאי הגל הכבידה רשמו דוקרן קבוע, ואף אחד לא ידעתי למה. לאחר מספר חודשים של ריצוף כלבים, הוא מצא את האשם: סלע לא מתערער שהוצב בין הקרקע לכמה קפיצים מכניים מתחת למערכת אוורור. בגלל הסלע, הקפיצים לא יכלו למנוע את הרטט של הנשמה להופיע בגלאי, מה שגרם לאות התעלומה. "זה חלק ממש מהנה בתפקידי, לעשות את הדברים הבלשיים האלה," אמר פלה. "לרוב זה פתרונות פשוטים." בחיפוש אחר תנודות קטנות עד אינסוף מרחוק היקום, העבודה האמיתית יכולה להיות מאוד עד לכדור הארץ.
החשוב ביותר, אולי, ישנם שלושה גלאים: מלבד זה בלואיזיאנה, יש אחד בהנפורד, וושינגטון, ושלישי באיטליה: "אם משהו אמיתי הוא צריך להיראות זהה בכל הגלאים", אמר חבר בשיתוף פעולה של ליגו. סלווטורה ויטאלה, עוזר פרופסור לפיזיקה ב- MIT. אם זו רכבת משא או סלע המוצב מתחת למעיין, אז היא תופיע רק באחד משלושת הגלאים.
עם כל הכלים הללו וכמה אלגוריתמים מתוחכמים מאוד, מדענים מסוגלים לכמת את הסבירות כי אות הוא אכן גל כבידה. הם יכולים אפילו לחשב את קצב האזעקה השגוי לגילוי נתון, או את האפשרות שהאות המדויקת תופיע במקרה. לאחד האירועים מתחילת הקיץ, למשל, היה שיעור אזעקה שגוי של פחות מפעם אחת ב -200,000 שנה, מה שהפך אותו למועמד משכנע ביותר. אבל נצטרך לחכות עד שתפסוק הכרעת הדין הסופית.
הדיווח למאמר זה נתמך בחלקו על ידי מענק של הקרן הלאומית למדע.
