Probablemente no notó la onda gravitacional que se propagó a través de la Tierra en la madrugada del 4 de enero, 2017, pero gracias a un uso sofisticado de la tecnología de vacío, un par de interferómetros láser extremadamente sensibles, uno en el estado de Washington y el otro en Louisiana, detectó el débil estruendo de dos agujeros negros en colisión a unos 3.000 millones de años luz de distancia.
En una presentación durante el 64 ° Simposio y Exposición Internacional de AVS, que se llevará a cabo del 31 de octubre al 31 de noviembre. 2, 2017, en Tampa, Florida, astrofísicos Rai Weiss (quien, junto con otros dos, fue galardonado con el Premio Nobel de Física 2017) y Michael Zucker del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), operado por Caltech y el Instituto de Tecnología de Massachusetts, describirá cómo los científicos e ingenieros de LIGO diseñaron y construyeron los ingeniosos, sistema de vacío ultra alto. El sistema es parte integral de lo que permite identificar ondas gravitacionales, Minúsculas distorsiones en el tejido del espacio y el tiempo que se propagan a la velocidad de la luz.
"Las ondas gravitacionales generadas por la aceleración de un par de agujeros negros se mueven hacia afuera como ondas en un estanque, ", Dijo Weiss." Las distorsiones del espacio que inducen se vuelven más débiles inversamente proporcional a su distancia de la fuente, de modo que las ondas que viajan miles de millones de años luz a la Tierra solo se pueden detectar si se puede medir una distancia de 10 ^ -18 metros —1/10, 000th del ancho de un protón, que es la pequeña cantidad que los espejos de nuestro interferómetro son movidos por una onda que pasa ".
Para realizar la tarea hercúlea, Weiss explicó, los espejos están suspendidos en ambos extremos de los dos brazos de 4 kilómetros del interferómetro LIGO. Los espejos forman una cavidad óptica en la que la luz puede rebotar varias veces a lo largo de los brazos. Se envía un rayo láser a través de un divisor en la unión de los brazos, separando la luz en dos haces. Las cavidades ópticas reflejan los rayos de regreso al divisor donde se fusionan en una sola entidad, que luego golpea un fotodetector.
"Si los haces divididos han viajado la misma distancia en ambas cavidades ópticas, las dos vigas 'interferirán destructivamente, ' es decir, se cancelan entre sí en el fotodetector, ", Dijo Zucker." Pero si las longitudes de los brazos cambian de modo que un rayo pasa más tiempo en su cavidad mientras que el segundo rayo pasa menos tiempo en el otro, como lo harán un poquito cuando una onda gravitacional pasa a través del sistema, las ondas de luz no se cancelan y se registra algo de luz en el fotodetector ".
Entonces, ¿Cómo juega un papel la tecnología de vacío para que esto suceda? Weiss dijo que las moléculas de cualquier gas presente en los brazos del interferómetro podrían dispersar la luz láser o producir un ruido dominante que enmascararía los pequeños cambios en los rayos debido a las ondas gravitacionales. Operar en vacío elimina estos problemas, así como el peligro adicional de las moléculas de gas generadas térmicamente que provocan fluctuaciones en la longitud de las cavidades.
La abrumadora tarea para el equipo de LIGO, Zucker dijo:era diseñar y construir un pero económico, sistema que podría lograr el vacío extremo necesario para el interferómetro:100 nanopascales, una billonésima parte de una atmósfera y equivalente a la casi ausencia de presión en la órbita terrestre baja.
En su presentación, Weiss y Zucker se centrarán en la experiencia fundamental en física e ingeniería necesaria para construir y ejecutar el segundo sistema de vacío ultrapura más grande del mundo. hacer frente a desafíos como 40 días de "bombeo" constante para lograr la presión de funcionamiento óptima, 30 días de calentamiento de los tubos (brazos) para expulsar los gases residuales, y la operación y monitoreo 24/7 de las bombas de iones y las bombas criogénicas de nitrógeno líquido que mantienen el interferómetro LIGO libre de contaminantes.
