Je hebt waarschijnlijk de zwaartekrachtsgolf niet opgemerkt die zich in de vroege ochtend van 4 januari door de aarde voortplantte. 2017, maar dankzij een uitgekiend gebruik van vacuümtechnologie, een paar uiterst gevoelige laserinterferometers, een in de staat Washington en de andere in Louisiana, ontdekte het zwakke gerommel van twee botsende zwarte gaten op zo'n 3 miljard lichtjaar afstand.

In een presentatie tijdens het AVS 64th International Symposium and Exhibition, wordt gehouden van 31 oktober tot en met november. 2, 2017, in Tampa, Florida, astrofysici Rai Weiss (die, samen met twee anderen, ontving in 2017 de Nobelprijs voor natuurkunde) en Michael Zucker van de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), beheerd door Caltech en het Massachusetts Institute of Technology, zal beschrijven hoe wetenschappers en ingenieurs van LIGO LIGO's ingenieuze, ultrahoog vacuümsysteem. Het systeem is een integraal onderdeel van wat het mogelijk maakt om zwaartekrachtsgolven te identificeren, minieme vervormingen in het weefsel van ruimte en tijd die zich voortplanten met de snelheid van het licht.

"De zwaartekrachtsgolven die worden gegenereerd door de versnelling van een paar zwarte gaten, bewegen naar buiten als golven in een vijver, Weiss zei. "De vervormingen van de ruimte die ze veroorzaken, worden omgekeerd evenredig zwakker met hun afstand tot de bron, dus golven die miljarden lichtjaren naar de aarde reizen, kunnen alleen worden gedetecteerd als men een afstand van 10^-18 meter -1/10 kan meten, duizendste van de breedte van een proton - dat is de kleine hoeveelheid die de spiegels van onze interferometer worden bewogen door een passerende golf."

Om de Herculische taak te volbrengen, Weiss legde uit, de spiegels zijn opgehangen aan beide uiteinden van de twee 4 kilometer lange armen van de LIGO-interferometer. De spiegels vormen een optische holte waarin het licht vele malen heen en weer kan kaatsen langs de armen. Een laserstraal wordt door een splitter gestuurd op de kruising van de armen, het scheiden van het licht in twee stralen. De optische holtes reflecteren de stralen terug naar de splitter waar ze worden samengevoegd tot een enkele entiteit, die vervolgens een fotodetector raakt.

"Als de gesplitste bundels dezelfde afstand hebben afgelegd in beide optische holtes, de twee stralen zullen 'destructief interfereren, ' dat is, heffen elkaar op bij de fotodetector, "Zei Zucker. "Maar als de armlengtes veranderen zodat de ene straal meer tijd in zijn holte doorbrengt terwijl de tweede straal minder tijd in de andere doorbrengt - zoals dat een klein beetje zal doen wanneer een zwaartekrachtgolf door het systeem gaat - de lichtgolven worden niet geannuleerd en er wordt wat licht geregistreerd bij de fotodetector."

Dus, hoe speelt vacuümtechnologie een rol om dit mogelijk te maken? Weiss zei dat moleculen van elk gas in de armen van de interferometer het laserlicht zouden kunnen verstrooien of een overheersend geluid kunnen produceren dat de kleine veranderingen in de bundels als gevolg van zwaartekrachtsgolven zou maskeren. Werken in een vacuüm elimineert deze problemen, evenals het extra gevaar van thermisch gegenereerde gasmoleculen die fluctuaties in de lengte van de holtes veroorzaken.

De ontmoedigende taak voor het LIGO-team, Zucker zei, was het ontwerpen en bouwen van een efficiënte, maar zuinig, systeem dat het extreme vacuüm kan bereiken dat nodig is voor de interferometer:100 nanopascal, een biljoenste van een atmosfeer en gelijk aan de bijna-afwezigheid van druk in een lage baan om de aarde.

In hun presentatie geven Weiss en Zucker zullen zich concentreren op de fundamentele fysica en technische expertise die nodig is om 's werelds op een na grootste ultrazuivere vacuümsysteem te bouwen en te exploiteren, uitdagingen aangaan zoals 40 dagen constante "pumpdown" om de optimale werkdruk te bereiken, 30 dagen verhitting van de buizen (armen) om restgassen te verdrijven, en de 24/7 werking en bewaking van ionenpompen en cryopompen met vloeibare stikstof die de LIGO-interferometer vrij houden van verontreinigingen.