Vákuummal a Nobel-díjhoz - Hatalmas vákuumcsövek bizonyítják a gravitációs hullámok létezését

Vákuummal a Nobel-díjhoz - Hatalmas vákuumcsövek bizonyítják a gravitációs hullámok létezését

Több mint száz évvel ezelőtt Albert Einstein már megjósolta a gravitációs hullámok létezését. De ezt csak 2015-ben sikerült ténylegesen bebizonyítani. Két kilométer hosszú vákuumcsöveket használtak detektorokként.
05.4_Gravitationswellen.jpg

Mint ahogyan a vízbe vetett kő után a víz felszíne fodrozódik, a gravitációs hullámok úgy nyújtják szét és nyomják össze a teret. A téridőnek ezt a fodrozódását olyan kozmikus katasztrófák idézik elő, mint például csillagok felrobbanása vagy fekete lyukak összeütközése. Utána a gravitációs hullámok a fény sebességével terjednek. Legalábbis ezt jelezte előre Albert Einstein 1915-ben amikor megalkotta elméletét az általános relativitásról.

Ám ezeknek a titokzatos hullámoknak a létezése tisztán csak elmélet volt 2015-ig, mert rendkívül nehezen mérhetők. Egy szempillantásra megváltoztatják a teret, egy atom átmérőjének töredékével. Két hatalmas fekete lyuk ütközése közvetlen bizonyítékokkal szolgált a gravitációs hullámok létezéséről, száz évvel az elmélet megszületése után.

Kilométer hosszú mérőműszerek

Ezek a hullámok kétmilliárd éven keresztül fodrozódtak téren és időn kereszt, mielőtt kissé felkavarták volna a téridő formáját a Földön, 2015. szeptember 14-én. Két azonos LIGO detektor (LIGO = Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory: lézer interferométerrel gravitációs hullámok megfigyelését végző csillagászati obszervatórium), amelyeket egymástól 3000 kilométer távolságban helyeztek el az Egyesült Államokban, képes volt mérni ezeket.

Mindegyikben van két cső, 90 fokos szögben elhelyezve. A kettő közül az egyik kettő, a másik négy kilométer hosszú. Ahol a két oldal találkozik, lézersugarat bocsátottak ki, amit egy sugárelosztóval kettéosztottak. Utána a sugár felét az egyes csövekbe irányították. Energia irányító tükröket szereltek fel, hogy a fény sokszor oda-vissza verődjön, mielőtt összesen 1120 kilométer megtétele után visszatérne a sugárelosztóba. Ha egy gravitációs hullám áthalad a téren, az interferométer egyik karja kinyúlik, míg a másik összehúzódik. Ez észlelhető változást eredményez a lézersugár intenzitásában.

A vákuum és a mérési pontosság

Annak érdekében, hogy a mérőműszerek képesek legyenek teljes mértékben hibamentesen működni, a csövekben a nyomást a tengerszinti légnyomás egy trilliomod részére csökkentik. Ehhez a csöveket először 30 napig hevítik, majd a bennük maradt levegőt rendkívül nagy teljesítményű vákuumszivattyúkkal kiszivattyúzzák. Végül ionszivattyúk használatával eltávolítják a csövekben maradt gázmolekulákat. Az így létrejött rendkívüli mélyvákuumban nincsenek levegőmolekulák, amelyek eltéríthetnék a lézersugarat vagy amelyek miatt a tükrök vibrálhatnának, és ezért por sincs, amely szétszórhatná a fényt.

2016 februárjában, hosszadalmas számítások után a részt vevő tudósok végül bejelenthették, hogy ténylegesen képesek voltak mérni gravitációs hullámokat és igazolták Einstein elméletét. A projektben végzett munkáért az úttörők, Rainer Weiss, Barry C. Barish és Kip Thorne elnyerték a 2017. évi fizikai Nobel-díjat.


A gravitáció kutatói a 2015-ös első mérés óta a téridő további fodrozódásait is észlelték. Az utolsóra 2017. augusztus 14-én került sor. A Virgo, egy hasonló felépítésű detektor észlelte az olaszországi Livorno közelében, amely a közelmúltban együttműködésre lépett a LIGO-val. A forrás egy csillagütközés volt, amely tőlünk körülbelül 1,8 milliárd fényév távolságban következett be. A kutatók remélik, hogy hozzáférnek olyan új információkhoz az univerzum történetével és fizikájával kapcsolatban, amelyek korábban elérhetetlenek voltak. Ezenkívül a detektorok képesek lehetnek a sötét anyag létezésére vonatkozó jeleket találni, bár mindennek nincs semmi köze a gravitációs hullámokhoz.

Mind a mai napig a sötét anyag létezése csak elméleti tétel – pontosan úgy, mint a gravitációs hullámok létezése volt egészen a közelmúltig. Mérési eredményeik és számításaik alapján az asztrofizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy a galaxisok szétszakadnának a forgásuk következtében fellépő centrifugális erő miatt, ha a sötét anyag nem létezne. Ennek tömege a látható anyag ötszöröse kell, hogy legyen.

A LIGO és a Virgo detektorokkal a csillagászok nemcsak fekete lyukakat képesek megtalálni, hanem a galaxisok születésével kapcsolatos mondanivalójukat is „hallják". A sötét anyaggal kapcsolatos egyik elmélet azt állítja, hogy a sötét anyagot az ősrobbanás során létrejött „eredeti" fekete lyukak alkotják. Bár ezt a hipotézist a fizikusoknak csak egy kis csoportja vallja, a gravitációs detektorok olyan adatokat szolgáltathatnak, amelyek vagy alátámasztják, vagy pedig megcáfolják ezt, hogy a tudomány más magyarázó.


Iratkozzon fel „A vákuum világa" hírlevélre!
Iratkozzon fel most, és mindig rendelkezzen naprakész ismeretekkel a vákuum világának legújabb lenyűgöző híreiről.

FELIRATKOZÁS