Listening to the Heaven: A gravitációs hullámok felfedezése Einsteinnek igaza volt

partnerségben NÉV

Az esemény nagy jelentőségű volt – és az azt hirdető nyilatkozat kellően izgatott hangon, ugyanakkor kíméletlen és lényegre törően hangzott: Hölgyeim és uraim, mi… észleltünk… gravitációs hullámokat! Megcsináltuk!

Ezekkel a szavakkal David Reitze, a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ügyvezető igazgatója felfedte a felfedezést a washingtoni National Press Club újságírókkal zsúfolásig megtelt helyiségében 2016. február 11-én. (A tényleges észlelés 2015. szeptember 14-én történt.)

toyota prius napelemes tetőcsomag

A felfedezés szolgáltatta az első bizonyítékot Albert Einsteinnek a gravitációs hullámok létezésébe vetett hitére, amely általános relativitáselméletének része volt. A tudományos kutatások új területe, az úgynevezett gravitációs hullámcsillagászat, elősegítette ezt a figyelemre méltó eredményt a LIGO-nál – egy lézeres eszköz, az úgynevezett interferométer használatával, amely nagy pontosságú érzékelőket, műveleti erősítőket és az Analog Devices, Inc. egyéb termékeit tartalmazza. (ADI).

A gravitációs hullám forrása a Földtől 1,3 milliárd fényévnyire lévő két fekete lyuk ütközése volt, amely a világegyetem összes csillagának együttes kisugárzott energiájánál tízszer nagyobb gravitációs hullámerőt hozott létre.

100 évvel később megtalálták Einstein [gravitációs] hullámait, és ez itt történt, és itt van a gép, amelyik megtette – csodálkozik David Kress, az ADI műszaki marketing igazgatója és az MIT egyik öregdiákja. Nincs jobb – és tudom, hogy a mi részeink benne vannak.

Az Univerzum hallgatása

A LIGO két obszervatóriumból és létesítményből áll – az egyik Hanfordban, Washingtonban, a másik pedig Livingstonban, Louisiana államban –, mindkettő 2002-ben kezdte meg működését. A National Science Foundation (NSF) finanszírozta ezt a nagyszabású fizikai projektet, és ezek a létesítmények akkoriban a Caltech és az MIT készítette, építette és üzemelteti. Az iker obszervatóriumok, amelyek a legnagyobb és legambiciózusabb NSF által finanszírozott projektek közé tartoznak, asztrofizikai gravitációs hullámok megfigyelésére szolgáltak – amelyek valójában nem láthatók. A gravitációs hullámok létezésének egyetlen módja az egek hallgatása.

Minden LIGO létesítmény egy lézert helyez el egy ultramagas vákuumban, kettéosztja a lézert, és mindegyik sugarat lefelé küldi a két, egymásra merőlegesen elhelyezett 2,5 mérföldes kar egyikén. A lézersugarak ezután visszaverődnek a karok végén elhelyezett tükrökről.

Az interferométerek a tudományban és a mérnöki munkában rutinszerűen használt vizsgálati eszközök. Úgy működnek, hogy két vagy több fényforrást egyesítenek, hogy interferenciamintát hozzanak létre, amely mérhető és elemezhető. A LIGO interferométereit úgy tervezték, hogy észleljék azokat a méréseket, amelyek túl kicsik ahhoz, hogy más módszerekkel lehessen elérni.

hol ér véget a tér és hol kezdődik a mennyország

Amikor egy gravitációs hullám áthalad, megváltoztatja az időt a környező területen, ami a karok egymáshoz viszonyított percnyi mozgását okozza, a proton szélességének 1/1000-ed nagyságrendjében. Ez megváltoztatja a visszatérő fény relatív fázisait, amint az eszközök megkapják az adatokat, és fényt bocsátanak ki egy optikai érzékelőhöz, ami mérhető jelet vagy csipogást eredményez.

Ha egy hagyományos obszervatóriumra gondolunk, olyan mentális képet kapunk, ahogy valaki a keresőn keresztül kukucskál, és a világűrbe néz egy fény fogadására tervezett teleszkópon keresztül – mondja Rich Abbott, a LIGO vezető analóg áramkör-tervezője. A LIGO célja – és ami egyedivé teszi – az az, hogy gravitációs hullámokat mér, amelyek nem úgy jelennek meg, mint a fény. A LIGO interferométerének kivételes érzékenységének leírására egy mérleggel hasonlítja össze: Ha le tudná szedni az összes homokot a Föld összes strandjáról, és felhalmozná a mérlegre, a LIGO detektor kellően érzékeny ahhoz, hogy észlelje az eltávolítást. kevesebb, mint egy homokszem.

Nagy teljesítmény: LIGO és ADI technológia

A LIGO számos integrált áramköri technológiát használ az ADI-tól. A LIGO interferométerek az összes lehetséges környezeti zaj- és rezgésforrás előrejelzésével és kompenzálásával működnek. Ez azt jelenti, hogy az interferométer által használt lézerkimenetnek rendkívül stabilnak kell maradnia, a frekvencia és az amplitúdó rendkívül csekély eltéréseivel.

Emiatt a LIGO csapatának szüksége volt egy visszacsatoló rendszerre, amely megfelelően méri a fénykibocsátást, miközben szabályozza az amplitúdót. Ez egy rendkívül alacsony zajszintű, nagy teljesítményű erősítőt igényelt. A LIGO csapata az ADI AD797 műveleti erősítőjét (vagy műveleti erősítőjét) választotta annak nagyon alacsony zajszintje és alacsony torzítása miatt. Az AD797 műveleti erősítőt infravörös és szonáros képalkotó alkalmazásokban is használják, többek között. Más ADI termékeket is használnak a LIGO technológiában:

  • Az ADI AD590 nagy pontosságú hőmérséklet-érzékelője stabilizálja a lézerfrekvenciát, és méri a lézernek helyet adó üveg vákuumkamra átlagos hőmérsékletét.
  • A lézer kimenete gyorsan kilowattra nőhet a karok rezonáns üregeiben, ami torzítja a mérési eredményeket. A LIGO egy ADA4700 nagyfeszültségű műveleti erősítőt használ az elektrosztatikus működtetők meghajtására, hogy a tükröket egy vonalban tartsák.
  • A LIGO tükörfelfüggesztési rendszerét mágnesszelepek hajtják. Ebben a rendszerben az AD736 RMS chip méri a mágnesszelepek teljesítményét, lehetővé téve a szükséges és precíz dőlést, dőlést és elfordulást.

A lézer amplitúdójának stabilizálása az egyik kulcsa a gravitációs hullámok sikeres felismerésének, mivel a fluktuációk jelekként jelenhetnek meg, jegyzi meg Abbott. Ezért volt szükségünk egy ilyen fókuszált, nem kerti fajta megoldásra.

Bebizonyítani, hogy Einstein igaza van az előadáson keresztül

A valódi gravitációs hullámjel első képét a LIGO Livingstonban észlelték; majd mindössze 7 ezredmásodperccel később megérkezett a hanfordi telephelyre. A felfedezés az új, fejlett LIGO lézerdetektorok használatának első hetében történt, amelyek magukban foglalták az ADI integrált áramköri technológiákat is. A LIGO csapata nagyon örült, hogy az új eszköz telepítése után ilyen hamar észlelte a gravitációs hullámokat – és hogy a jel olyan hangos volt, hogy összetéveszthetetlen.

A gravitációs hullám jelének felfedezése és nyilvános leleplezése közötti késés azt tükrözte, hogy a csapatnak ki kell vizsgálnia, és meg kell erősítenie, hogy ez valóban valódi. A LIGO tudósai több héten keresztül kísérleteket végeztek mindkét obszervatóriumban, hogy kizárják annak lehetőségét, hogy műszeres anomália vagy szoftverhiba okozta a jeleket. Végül a tudósok elvégezték az úgynevezett korrelációs és csatolási elemzést, amely arra a következtetésre jutott, hogy a jel csak a mélyűrből származhatott. Ettől kezdve a nyilvános bejelentésig a LIGO összes munkatársa titoktartásra esküdött.

Később, 2015 karácsonyán egy második gravitációs hullámot is észleltek. A tudósok ismét alaposan megvizsgálták, és miután megerősítették a jel kozmikus eredetét, 2016. június 15-én bejelentették az észlelést.

Amikor Einstein felvetette a gravitációs hullámok és a fekete lyukak létezését, úgy gondolta, hogy lényegében lehetetlen lenne ezeket ténylegesen megállapítani. Az a tény, hogy az ADI érzékelők és más eszközök hozzájárultak az interferométerek pontosságához, amelyek végül ezt a bravúrt megvalósították, továbbra is nagy büszkeség a technológia fejlesztésében részt vevők számára.

Az Analog Devices már több mint 40 éve támogatja a precíziós alkalmazásokat a Föld-megfigyelésre, az űrkommunikációs helymeghatározásra, a hordozórakétákra és az űrkutatásra, mondja Bob Barfield, az ADI repülési és védelmi igazgatója. Ha arra gondolsz, hogy mi van az űrben, és mi az, ami túlmutat azon, amit jelenleg ismerünk, elképesztő. Néhány felfedezés alatt álló dolog – egyszerűen izgalmas belegondolni, hogy ennek a szélén járunk.

ki nyeri a 2016-os elnökválasztási versenyt

További információért és a LIGO projektről készült videó megtekintéséhez látogassa meg a weboldalt www.analog.com/en/landing-pages/001/ligo.html?icid=ligo_en_hp .

elrejt

Tényleges Technológiák

Kategória

Nincs Kategorizálva

Technológia

Biotechnológia

Technikai Politika

Klímaváltozás

Ember És Technológia

Szilícium-Völgy

Számítástechnika

Mit News Magazin

Mesterséges Intelligencia

Tér

Okos Városok

Blockchain

Feature Story

Alumni Profil

Öregdiák Kapcsolat

Mit News Funkció

1865

Az Én Nézetem

77 Mass Ave

Ismerje Meg A Szerzőt

Profilok A Nagylelkűségben

Az Egyetemen Látható

Öregdiák Levelei

Hírek

Mit News Magazine

Választások 2020

Indexszel

A Kupola Alatt

Tűzoltótömlő

Végtelen Történetek

Pandémiás Technológiai Projekt

Az Elnöktől

Fedősztori

Képgaléria

Ajánlott