LIVINGSTON, La. - Sekitar satu setengah mil dari bangunan yang begitu besar sehingga Anda bisa melihatnya dari luar angkasa, setiap mobil di jalan melambat menjadi merangkak. Pengemudi tahu untuk mengambil batas kecepatan 10 mph (16 km / jam) dengan sangat serius: Itu karena bangunan ini memiliki detektor besar yang memburu getaran langit pada skala terkecil yang pernah dicoba. Tidak mengherankan, ia peka terhadap semua getaran dunia di sekitarnya, mulai dari gemuruh mobil yang melintas hingga bencana alam di sisi lain dunia.
Akibatnya, para ilmuwan yang bekerja di salah satu pendeteksi LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) harus berusaha keras untuk memburu dan menghilangkan semua sumber kebisingan yang potensial - memperlambat lalu lintas di sekitar detektor, memantau setiap getaran kecil di tanah, bahkan menangguhkan peralatan dari sistem pendulum empat kali lipat yang meminimalkan getaran - semua dalam upaya untuk menciptakan tempat getaran paling "hening" di Bumi.
"Segala sesuatu tentang perburuan kebisingan," kata Janeen Romie, pemimpin kelompok teknik-detektor di detektor LIGO di Louisiana.
Mengapa fisikawan LIGO begitu terobsesi untuk menghilangkan kebisingan dan menciptakan tempat paling bebas getaran di planet ini? Untuk memahami itu, Anda perlu tahu apa itu gelombang gravitasi dan bagaimana LIGO mendeteksi mereka. Menurut relativitas umum, ruang dan waktu adalah bagian dari rangkaian yang sama, yang disebut Einstein ruang-waktu. Dan dalam ruang-waktu, benda besar yang berakselerasi dengan cepat dapat menghasilkan gelombang gravitasi, yang terlihat seperti riak yang memancar ke luar ketika kerikil dijatuhkan ke permukaan kolam. Gelombang ini menunjukkan peregangan dan kontraksi kain kosmos itu sendiri.
Bagaimana Anda mengukur perubahan dalam ruang-waktu itu sendiri, ketika perangkat pengukur apa pun akan mengalami perubahan yang sama? Solusi cerdik adalah apa yang dikenal sebagai interferometer. Itu bergantung pada fakta bahwa gelombang gravitasi meregangkan ruang-waktu sepanjang satu arah, sementara mengontraknya sepanjang arah tegak lurus. Pikirkan pelampung di atas air: Ketika gelombang melintas, ia melayang naik turun. Dalam kasus gelombang gravitasi yang memancar di Bumi, semuanya berosilasi sedikit dan bolak-balik, bukannya naik turun.
Detektor LIGO terdiri dari sumber cahaya laser, pembagi berkas, beberapa cermin, dan detektor cahaya. Cahaya meninggalkan laser, terbelah menjadi dua balok tegak lurus oleh pemecah sinar, kemudian menempuh jarak yang sama ke lengan interferometer ke dua cermin, di mana cahaya dipantulkan kembali ke lengan. Kedua balok kemudian mengenai detektor, yang ditempatkan berlawanan dengan salah satu cermin pemantul. Ketika gelombang gravitasi melewati interferometer, itu membuat salah satu lengan sedikit lebih panjang, dan yang lain sedikit lebih pendek, karena itu meregangkan ruang di satu arah sambil mengompresnya di sepanjang yang lain. Ini perubahan register yang sangat kecil dalam pola cahaya yang mengenai cahaya. detektor. Tingkat sensitivitas LIGO setara dengan "mengukur jarak ke bintang terdekat (sekitar 4,2 tahun cahaya) dengan akurasi lebih kecil dari lebar rambut manusia," menurut situs web kolaborasi LIGO.
Untuk dapat mendeteksi gelombang lebar rambut itu, para ilmuwan berusaha keras untuk menghilangkan gangguan potensial terhadap pengaturan yang disetel dengan halus ini, kata Carl Blair, seorang peneliti postdoctoral di LIGO yang mempelajari opto-mekanika, atau interaksi cahaya dengan sistem mekanis.
Untuk memulai, lengan sepanjang 2,5 mil (4 kilometer) berada di salah satu vakuum paling sempurna di dunia, artinya hampir bebas dari molekul, jadi tidak ada yang dapat mengganggu jalur sinar. Detektor juga dikelilingi oleh semua jenis perangkat (seismometer, magnetometer, mikrofon dan detektor sinar gamma, untuk beberapa nama) yang mengukur gangguan dalam data dan menghapusnya.
Apa pun yang dapat mengganggu atau ditafsirkan secara keliru sebagai sinyal gelombang gravitasi juga harus diburu dan dihilangkan, kata Blair. Itu termasuk ketidaksempurnaan dalam detektor itu sendiri - apa yang dikenal sebagai kebisingan - atau gangguan non-astrofisika yang dijemput oleh instrumen - apa yang dikenal sebagai gangguan. Fisikawan bahkan harus memperhitungkan getaran atom yang membentuk cermin detektor dan fluktuasi acak dari arus dalam elektronik. Dalam skala yang lebih besar, gangguan bisa berupa apa saja dari kereta barang yang lewat hingga gagak yang haus.
Dan gangguan bisa sangat sulit untuk diselesaikan. Ketika Arnaud Pele bergabung dengan tim teknik-detektor di LIGO, ia ditugaskan untuk mencari tahu dari mana gangguan yang sangat menyebalkan itu berasal: instrumen yang mengukur gerakan tanah di sekitar detektor gelombang gravitasi mendaftarkan lonjakan konstan, dan tidak ada seorang pun. tahu kenapa. Setelah beberapa bulan melakukan sleuthing, dia menemukan pelakunya: sebuah batu sederhana bersarang di antara tanah dan beberapa mata air mekanis di bawah sistem ventilasi. Karena bebatuan, mata air tidak dapat mencegah getaran ventilator muncul di detektor, menyebabkan sinyal misterius. "Ini bagian yang sangat menyenangkan dari pekerjaanku, melakukan hal-hal detektif ini," kata Pele. "Sebagian besar waktu, itu solusi sederhana." Dalam upaya mencari getaran kecil yang sangat jauh dari jangkauan jagat raya, karya nyata bisa sangat turun ke Bumi.
Yang paling penting, mungkin, ada tiga detektor: Selain satu di Louisiana, ada satu di Hanford, Washington, dan yang ketiga di Italia: "Jika ada sesuatu yang nyata, ia harus terlihat sama di semua detektor," kata anggota kolaborasi LIGO Salvatore Vitale, asisten profesor fisika di MIT. Jika itu kereta barang atau batu yang bersarang di bawah mata air, maka itu hanya akan muncul di salah satu dari tiga detektor.
Dengan semua alat ini dan beberapa algoritma yang sangat canggih, para ilmuwan dapat mengukur kemungkinan bahwa suatu sinyal memang merupakan gelombang gravitasi. Mereka bahkan dapat menghitung laju alarm palsu untuk deteksi yang diberikan, atau kemungkinan bahwa sinyal yang tepat akan muncul secara tidak sengaja. Salah satu peristiwa dari awal musim panas ini, misalnya, memiliki tingkat alarm palsu kurang dari sekali dalam 200.000 tahun, menjadikannya kandidat yang sangat menarik. Tapi kita harus menunggu sampai putusan akhir keluar.
Pelaporan untuk artikel ini sebagian didukung oleh dana dari National Science Foundation.
