A gravitációs hullámok és a LIGO

Az interferométerekről


Egy egyszerű interferométer felépítése. [Kép: LIGO]
Egy LIGO interferométer alapfelépítése

Ahhoz, hogy a detektor karjainak hosszváltozását megmérjék, egy lézersugarat bocsátanak ki, melyet a két kar találkozásánál egy nyalábosztóval kettéosztanak. A lézerfény egyik fele továbbhalad az egyik kar mentén, a másik fele visszaverődik és a másik karba jut. A két kar végeinél, illetve a nyalábosztó közelében tükröket függesztenek fel ingaszerűen. A lézerfény mindkét karban oda-vissza pattog a tükrök között, míg végül visszaér az elágazáshoz, ahol interferál a másik karból érkező fénnyel. Amíg mindkét kar hossza változatlan, addig az egyesülő fényhullámok tökéletesen kioltják egymást (destruktív interferencia), és a detektor kimeneténél nem figyelhető meg fény. Ha viszont egy gravitációs hullám kis mértékben (kb. egy proton átmérőjének ezred részével) megnyújtja az egyik kart, és összehúzza a másikat, akkor a két fénysugár már nem tudja teljesen kioltani egymást, és a detektor kimeneténél fénymintázat jelenik meg. Ez a fénymintázat információt hordoz a két kar relatív hosszváltozásáról, és segít megfejteni, hogy mi keltette a gravitációs hullámokat.

A földön rengeteg esemény történik, amely a LIGO karjaiban folyamatosan apró hosszváltozást kelt. Ezeket az állandóan jelenlévő földi eredetű jeleket zajnak tekintjük (és ha kivezetnénk egy hangszóróra, nagyjából úgy szólnának, mint a rádiók statikus zaja). Tudományos szempontból zajnak tekintünk minden olyan jelet, amely nem az, mint amit meg szerettünk volna mérni. Jelen esetben a LIGO a detektorkarok gravitációs hullámok hatására bekövetkező hosszváltozását szeretné mérni, nem pedig az alkatrészek folyamatos kis mozgásait, amit a környezet okoz. A hagyományos interferométerek felépítéséhez képest a LIGO-nál rengeteg fejlesztést hajtottak végre, hogy lecsökkentsék a detektorokban a helyi hatásokat (azon túl, hogy megköveteljük, hogy ugyanazt a jelet mindkét detektornak észlelje a fény terjedési idején belül).



» Következő:  A LIGO interferométere