LIGO

LIGO
Ország	Amerikai Egyesült Államok
Település	Washington Livingston Hanford
Hely	Hanford Site Livingston
Típus	gravitational-wave detector
Hosszúsága	4000 m
Elhelyezkedése
LIGO Pozíció az Egyesült Államok térképén
é. sz. 46° 27′ 18″, ny. h. 119° 24′ 28″46.455138888889, -119.40766666667
LIGO weboldala
A Wikimédia Commons tartalmaz LIGO témájú médiaállományokat.
Sablon • Wikidata • Segítség

A LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) egy lézer interferométerrel gravitációs hullámok megfigyelését végző csillagászati obszervatórium, mely a gra­vi­tá­ci­ós hul­lá­mok el­ső köz­vet­len ész­le­lé­sét tűzte ki célul.

A Kaliforniai Műszaki Egyetem (Caltech) és az Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) közös projektje, melyet 1992-ben Kip Thorne (Caltech), Ronald Drever (Caltech) és Rainer Weiss (MIT) alapított a National Science Foundation (NSF) támogatásával. Költsége 365 millió $ (USD 2002-ben), mely az NSF legjelentősebb beruházása. Körülbelül 40 intézet 600 kutatójából álló nemzetközi tudományos együttműködés, LIGO Scientific Collaboration (LSC) keretében végzik a LIGO és egyéb detektorok adatainak kiértékelését. A kutatásban több magyar csoport is részt vett. A New York-i Columbia Egyetemen Márka Szabolcs, Márka Zsuzsa és Bartos Imre csoportja, hazánkból az Eötvös Gravity Research Group (EGRG) vezetőjének Frei Zsoltnak a kezdeményezésére alakult csoport.

Az interferométer északi karja Hanfordban

A hanfordi Ligo obszervatórium légi felvételen

A LIGO két különálló, de egy obszervatóriumként működtetett létesítményből áll egymástól 3000 kilométerre, mindkettő az Amerikai Egyesült Államok területén található, az egyik Hanfordban, Washington államban, a másik Livingstonban, Louisiana államban. A műszerek merőleges karjai négy kilométer hosszúak. A karok belsejében egy 1 méter átmérőjű cső fut, a csőben mesterségesen előállított vákuum van, amely a legerősebb vákuum, amit valaha előállítottak a Földön. A karok két végén egy-egy tükör van, a vákuumban pedig a tükrök között egy rendkívül erős lézernyaláb pattog ide-oda 400-szor. Erre a módszerre azért van szükség, mert ezáltal a karok hosszát meg tudják sokszorozni.

Az obszervatórium használatával 2015. szeptember 14-én a gyakorlatban is ki tudták mutatni a gravitációs hullámokat, amit két összeolvadó fekete lyuk keltett. Az adatok feldolgozása után 2016. február 11-én Washingtonban bejelentették, hogy közvetlen bizonyítékot találtak két fe­ke­te lyuk össze­ol­va­dá­sa ré­vén a tér­idő gör­bü­le­té­nek hul­lám­sze­rű­en ter­je­dő meg­vál­to­zá­sá­ra. Ezzel a felfedezéssel új fejezet nyílik a fizika történetében, melyben magyar kutatók csoportjai is nagy szerepet játszanak.

A két obszervatórium

Mivel a gravitációs hullámok fénysebességgel terjednek, emiatt a két létesítmény közötti távolság megfelel egy 1 milliszekundumos időeltolódásnak a hullámok megérkezésénél. Ez az időintervallum segít meghatározni a hullám forrását. Mivel Európában is létesítettek egy Virgo nevű interferométert, neki köszönhetően még pontosabban meg lehet határozni a hullámok forrását.

Mindkét laboratórium fenntart egy L alakú vákuumrendszert, 4 km hosszan (Fabry-Pérot-üreg). Oldalanként mintegy 5 interferométer állítható fel egy vákuumrendszerben.

Az interferométert 2004-ben sikeresen továbbfejlesztették, hozzáadva a hullámszigetelést, amit aktuátorokkal oldottak meg. Ennek köszönhetően kiküszöbölték a mikro-szeizmikus rezgéseket, illetve a mesterséges zajokat (pl. városok, tömegközlekedés).

"Advanced LIGO"

A berendezés elsődlegesen a Michelson interferométeren alapszik, ami a két 4 km hosszúságú, Gires-Tournois elaton karból áll. A lézerforrás egy 20 W-os lézersugarat bocsát ki, mely áthalad egy "energia-újrahasznosító tükörrendszeren" ("power recycling mirror"). Ez a szerkezet segít a mérés pontosításában, kiszűri a foton kibocsátásakor keletkezett zajokat ("shot-noise"), ami jelentős mennyiségben keletkezik 300 Hz fölött. A tükör teljes mértékben átengedi a lézernyalábot, és tökéletesen visszaveri azt, megközelítőleg 280-szor, megnövelve a fény intenzitását 700 W-ra. Ezek után a fénynyaláb átjut a félig áteresztő tükrön, amely két, egymásra merőleges irányra osztja. A hatékonyság érdekében a fény továbbhaladása egy Fabry-Pérot üregben történik. Ebben a fény intenzitása eléri a 100 kW-ot.

Amikor egy gravitációs hullám áthalad az interferométeren, a téridő átalakul. Annak függvényében, hogy honnan érkezik a hullám, a lézernyaláb hullámhossza megváltozik az egyik üregben, vagy akár mindkettőben. A hullámhossz változásának köszönhetően, mikor a fény visszaérkezik a detektorhoz, interferál a másik lézernyalábbal, s ez egy periodikusan halványuló, illetve erősödő képet fog eredményezni, ami már mérhető jel.

Miután mindkét lézernyaláb megtette az üregekben az útját, egymásra rakódnak azon a félig áteresztő tükrön, ami szétválasztotta őket. Alaphelyzetben a lézernyalábok interferálnak egymással, kioltva egymást, így a detektorba csak akkor érkezik fényjel, amikor már megtörtént a fáziseltolódás, vagyis átalakult a téridő.

Források

• Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory
• https://en.wikipedia.org/wiki/LIGO
• Gravitációs hullámok: egyszerre három világraszóló felfedezés a fizikában
• Shot Noise in Gravitational-Wave Detectors with Fabry-Perot Arms, by T.T. Lyons, M.W. Regehr, F. J. Raab (LIGO Project, Caltech)
• Power recycling for an interferometric gravitational wave detector, Masaki Ando, University of Tokyo, December 1998

Külső hivatkozások

• Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein's Prediction , 2016. február 11.
• Két összeolvadó fekete lyuk hangja, 2016. február 11.