LIVINGSTON, La. - Sekitar satu setengah batu dari sebuah bangunan yang begitu besar, anda dapat melihatnya dari angkasa, setiap kereta di jalan melambai merangkak. Pemandu tahu untuk mengambil had kelajuan 10 mph (16 km / j) dengan sangat serius: Itu kerana bangunan ini menempatkan pengesan besar-besaran yang memburu getaran angkasa pada skala terkecil yang pernah dicuba. Tidak menghairankan, ia sensitif terhadap semua getaran di sekelilingnya, dari gegaran kereta lulus ke bencana alam di seberang dunia.
Akibatnya, para saintis yang bekerja di salah satu pengesan LIGO (Laser Observatory-Observatory Wave Interferometer) mesti pergi ke luar biasa untuk memburu dan mengeluarkan semua potensi sumber bunyi - melambatkan lalu lintas di sekitar pengesan, memantau setiap gegaran kecil di tanah, walaupun menggantung peralatan dari sistem pendulum empat kali yang meminimumkan getaran - semuanya dalam usaha untuk menciptakan tempat vibrasi yang paling "diam" di Bumi.
"Semuanya adalah memburu bunyi," kata Janeen Romie, kumpulan pengetua-kejuruteraan memimpin di detektor LIGO di Louisiana.
Mengapa ahli fizik LIGO begitu terobsesi dengan menghilangkan bunyi bising dan mencipta tempat yang paling bebas getaran di planet ini? Untuk memahami itu, anda perlu tahu apa gelombang graviti dan bagaimana LIGO mengesannya di tempat pertama. Menurut relativiti umum, ruang dan waktu adalah sebahagian daripada kontinum yang sama, yang disebut Einstein ruang masa. Dan dalam ruang-waktu, objek-objek besar-besaran yang mempercepatkan dapat menghasilkan gelombang graviti, yang kelihatan seperti riak-riak yang memancar ke luar apabila batu kerikil jatuh ke permukaan kolam. Gelombang ini menunjukkan peregangan dan kontraksi kain kosmos itu sendiri.
Bagaimanakah anda mengukur perubahan dalam ruang masa itu sendiri, apabila mana-mana peranti mengukur akan mengalami perubahan yang sama? Penyelesaian cerdik adalah apa yang dikenali sebagai interferometer. Ia bergantung kepada hakikat bahawa gelombang graviti meregangkan ruang masa sepanjang satu arah, sementara menyambungnya sepanjang arah tegak lurus. Fikirkan pelampung di atas air: Apabila gelombang berlalu, ia akan naik dan turun. Dalam hal gelombang graviti yang merentasi Bumi, segalanya berayun ke belakang dan sebaliknya, bukannya naik dan turun.
Pengesan LIGO terdiri daripada sumber cahaya laser, splitter rasuk, beberapa cermin dan pengesan cahaya. Cahaya meninggalkan laser, akan berpecah menjadi dua rasuk berseren dengan pemisah, kemudian bergerak jarak sama rata ke bawah lengan interferometer ke dua cermin, di mana cahaya dapat dilihat kembali ke bawah lengan. Kedua-dua rasuk kemudian memukul pengesan, yang diletakkan di sebelah salah satu cermin yang mencerminkan. Apabila gelombang graviti melepasi interferometer, ia membuat satu lengan sedikit lebih panjang, dan yang lain lebih pendek, kerana ia membentangkan ruang sepanjang satu arah sambil memampatkannya di sepanjang yang lain. Perubahan kecil yang kecil ini mencatat dalam corak cahaya yang memukul cahaya pengesan. Tahap kepekaan LIGO bersamaan dengan "mengukur jarak ke bintang terdekat (beberapa 4.2 tahun cahaya) kepada ketepatan yang lebih kecil daripada lebar rambut manusia," menurut laman web kolaborasi LIGO.
Untuk dapat mengesan gelombang lebar rambut, para saintis pergi ke panjang yang melampau untuk menghilangkan apa-apa gangguan yang berpotensi untuk persediaan yang halus ini, kata Carl Blair, penyelidik pasca doktoral di LIGO yang mengkaji opto-mechanics, atau interaksi cahaya dengan sistem mekanik.
Untuk memulakan, lengan 2.5-batu (4 kilometer) berada dalam salah satu kekosongan yang paling sempurna di dunia, yang bermaksud ia hampir bebas molekul, jadi tidak ada yang boleh mengganggu jalan rasuk. Pengesan juga dikelilingi oleh pelbagai jenis peranti (seismometer, magnetometer, mikrofon dan pengesan sinar gamma, untuk menamakan beberapa) yang mengukur gangguan dalam data dan mengeluarkannya.
Apa-apa yang boleh mengganggu atau ditafsirkan secara salah sebagai isyarat gelombang graviti juga harus diburu dan dihapuskan, kata Blair. Ini termasuk ketidaksempurnaan dalam pengesan itu sendiri - yang dikenali sebagai gangguan bising - atau tidak astrofizik yang dapat diambil oleh alat - apa yang dikenali sebagai gangguan. Fizik mesti menyumbang kepada getaran atom yang membentuk cermin pengesan dan turun naik rawak semasa dalam elektronik. Pada skala yang lebih besar, glitches boleh menjadi apa-apa dari kereta api lewat ke hawakan dahaga.
Dan glitches boleh benar-benar rumit untuk kuku. Apabila Arnaud Pele menyertai pasukan kejuruteraan di LIGO, dia ditugaskan untuk mengetahui di mana gangguan yang sangat menjengkelkan datang: instrumen yang mengukur gerakan tanah di sekeliling pengesan gelombang graviti telah mendaftarkan lonjakan tetap, dan tiada siapa tahu mengapa. Setelah beberapa bulan berlabuh, dia menemui pelakunya: sebuah batu yang tidak sedap di antara tanah dan beberapa mata air mekanikal di bawah sistem pengudaraan. Kerana batu, mata air tidak dapat mencegah getaran ventilator daripada muncul di pengesan, menyebabkan isyarat misteri. "Ini sebahagian daripada tugas saya yang paling menyeronokkan, melakukan perkara-perkara detektif ini," kata Pele. "Kebanyakan masa, penyelesaian mudah ini." Dalam mencari getaran kecil yang kecil dari jarak jauh alam semesta, karya sebenar dapat sangat turun ke Bumi.
Yang paling penting, mungkin, ada tiga pengesan: Selain yang ada di Louisiana, ada satu di Hanford, Washington, dan yang ketiga di Itali: "Jika sesuatu yang nyata harus terlihat sama dalam semua pengesan," kata anggota kolaborasi LIGO Salvatore Vitale, penolong profesor fizik di MIT. Sekiranya kereta kargo atau batu karang di bawah pegas, maka ia hanya akan muncul di salah satu daripada tiga pengesan.
Dengan semua alat ini dan beberapa algoritma yang sangat canggih, saintis dapat mengukur kemungkinan bahawa isyarat adalah gelombang graviti. Mereka juga boleh mengira kadar penggera palsu untuk pengesanan yang diberikan, atau kemungkinan bahawa isyarat sebenar akan muncul secara tidak sengaja. Salah satu peristiwa dari awal musim panas ini, misalnya, mempunyai kadar penggera palsu kurang dari satu kali dalam 200,000 tahun, menjadikannya calon yang sangat menarik. Tetapi kita perlu menunggu sehingga keputusan akhir sudah selesai.
Pelaporan untuk artikel ini sebahagiannya disokong oleh geran dari Yayasan Sains Nasional.
