•  

    Zainspirowany wpisem @KubaGrom o mini detektorze fal grawitacyjnych NLSD, a także listopadowym wywiadem na łamach Quanta Magazine z Virginią Trimble – utalentowaną, niebywale inteligentną, niezwykle piękną kobietą, a także pierwszą badaczką kosmosu na Caltechu, prywatnie zaś wdową po zmarłym w 2000 r. Josephie Weberze - pomyślałem, że podzielę się fragmentem historii dotyczącej pierwszych prób obserwacji fal grawitacyjnych.

    Detektory służące do badań fal grawitacyjnych można podzielić na dwie klasy: interferometryczne (czyli tj. LIGO i VIRGO) oraz rezonansowe. Pomysłodawcą, twórcą oraz pierwszym, który próbował dokonać detekcji przejścia fal grawitacyjnych przy pomocy detektorów rezonansowych był fizyk Joseph Weber. Nominowany wprawdzie do Nagrody Nobla w latach 1962 i 1963 za badania nad laserami i maserami nie otrzymał jej jednak. Prywatnie, jak wspomniałem wyżej, mąż Virginii Trimble.

    Sposób w jaki działają detektory rezonansowe można przedstawić mniej więcej tak:

    Pierwszą próbę wykrycia promieniowania grawitacyjnego podjął Joseph Weber. Jego detektorem był aluminiowy walec. Przejście fali grawitacyjnej wzbudziłoby drgania własne walca o tym większej amplitudzie, im ta częstość byłaby bliższa jego częstości rezonansowej. [źródło: http://www.deltami.edu.pl/temat/fizyka/grawitacja_i_wszechswiat/2011/01/20/Detektory_fal_grawitacyjnych/]

    These massive aluminium cylinders vibrated at a resonance frequency of 1660 hertz and were designed to be set in motion by gravitational waves predicted by Weber. Because these waves were supposed to be so weak, the cylinders had to be massive and the piezoelectric sensors had to be very sensitive, capable of detecting a change in the cylinders' lengths by about 10 ^-16 meters. [źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_bar]

    Such waves stretch and compress space and in the 1950s Weber calculated that he could detect them using large cylinders of ultrapure aluminum, about 2 meters in length and 1 meter in diameter. The stretching of space, he reasoned, would make the bars hum, vibrate, and ring with sound like jumbo tuning forks. The vibrations should measure about a 10-millionth of a nanometer—about the same amount the bar would vibrate with thermal energy—but Weber hoped to spot the waves by seeing multiple cylinders sing in concert. [źródło: https://www.sciencemag.org/news/2016/02/remembering-joseph-weber-controversial-pioneer-gravitational-waves]

    Weber skonstruował takie detektory (jeden znalazł się nawet na Księżycu w ramach misji Apollo 17) i w niedługim czasie stwierdził, że udało mu się zarejestrować sygnały przechodzących fal grawitacyjnych. Jego badania prowadzone na przełomie lat 60 i 70 i ogłoszona detekcja wzbudzały od początku wiele kontrowersji. Temat był tak drażliwy, że na konferencji fizycznej w 1974 r. w MIT niemal doszło do bójki pomiędzy Joe Weberem, a fizykiem Richardem Garwinem:

    Garwin aggressively confronted Weber with this information at the Fifth Cambridge Conference on Relativity at MIT in June 1974. A series of letters was then exchanged in Physics Today. Garwin asserted that Weber's model was "insane, because the universe would convert all of its energy into gravitational radiation in 50 million years or so, if one were really detecting what Joe Weber was detecting." "Weber," Garwin declared, "is just such a character that he has not said, 'No, I never did see a gravity wave.' [źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Weber]

    Próbowano weryfikować doniesienia Webera. Wszędzie się okazywało jednak, że ewentualne sygnały mogły pochodzić z tzw. szumu:

    In order to test Weber's results, IBM Physicist Richard Garwin built a detector that was similar to Joseph Weber's. In six months, it detected only one pulse, which was most likely noise. David Douglass, another physicist, had discovered an error in Weber's computer program that, he claimed, produced the daily gravitational wave signals that Weber claimed to have detected. Because of the error, a signal seemed to appear out of noise.

    In 1972, Heinz Billing and colleagues at Max Planck Institute for Physics built a detector that was similar to Joseph Weber's to verify his claim but found no results.

    Nie udało się zatem nikomu potwierdzić w podobnych detektorach rezonansowych obserwacji dokonanych przez Joe Webera. On sam nigdy jednak nie przestał wierzyć, że zaobserwował przejście fal grawitacyjnych – nawet mimo obcięcia mu jakichkolwiek funduszy na badania w 1987 r.

    Od tego roku cała uwaga i finansowanie – jeśli chodzi o eksperymenty poświęcone badaniom fal grawitacyjnych – skupiły się na detektorach interferometrycznych. Cała historia rozpoczęta przez Joe Webera, choć początkowo wydawać by się mogło nieco smutna, to zakończyła się sukcesem czyli faktyczną detekcją „falującej” czasoprzestrzeni wywołanej łączeniem się czarnych dziur i uwolnioną tym energią rzędu 3 mas Słońca w zdarzeniu GW150914 zarejestrowanym przez laboratorium LIGO.

    G. Schilling „Zmarszczki czasoprzestrzeni. Einstein, fale grawitacyjne i przyszłość astronomii”
    https://www.sciencemag.org/news/2016/02/remembering-joseph-weber-controversial-pioneer-gravitational-waves
    http://www.deltami.edu.pl/temat/fizyka/grawitacja_i_wszechswiat/2011/01/20/Detektory_fal_grawitacyjnych/
    https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Weber
    https://en.wikipedia.org/wiki/Weber_bar

    #nauka #fizyka #astrofizyka #kosmologia #kosmos #wszechswiat #falegrawitacyjne #gruparatowaniapoziomu #swiatnauki #zainteresowania #ciekawostki #liganauki #ligamozgow

    źródło: sn-weber.jpg

    •  

      Ciekawym rozwinięciem pomysłów Webera jest detektor miniGRAIL oparty o podobną zasadę - detektor zawierający litą metalową kulę o masie 1,5 tony, otoczony czujnikami wykrywającymi wibrację. Przejście fali o średniej częstotliwości powinno wzbudzić wibracje pierwszej harmonicznej kuli. Detektor ma tę zaletę, że jeśli dojdzie do rejestracji, to od razu można będzie wskazać kierunek z którego nadeszły fale. Detektory interferometryczne muszą działać po kilka aby pokazać punkt.
      Na razie detektor był testowany w temperaturze 5K, docelowo ma zostać schłodzony do 80 mK, osiągnie wtedy czułość podobną do detektorów LIGO.

      +: Fake_R

Gorące dyskusje ostatnie 12h