Гравитацийн долгион бүртгэгч лазер интерферометр хэрхэн ажилладаг вэ?

Нийтлэсэн Б Нямдаваа
2018-04-21
19

Өдгөөгөөс зуун жилийн өмнө Эйнштейн гравитацийн долгион оршин байхыг анх таамаглажээ. Орчлон ертөнцөөр гэрлийн хурдаар тархах огторгуй-хугацааны сулхан долгионыг гравитацийн долгион хэмээн нэрлэдэг. Энэхүү нууцлаг долгионыг эрж хайх туршилтын багууд дэлхийн өнцөг булан бүрт ажилладаг ба тэдний нэг нь LIGO туршилтын багийнхан юм.

Их өндөр нягттай нейтрон од, хар нүх зэрэг нарнаас хэдэн мянгаас хэдэн сая хүртэл хүнд масстай сансарын биетүүд нь гравитацийн долгионы үүсгүүрүүд юм. Хэдийгээр эдгээр биетүүд нь манай нарны аймаг, дэлхийгээс уудам хол зайнд орших ч гэлээ тэдгээрийн үүсгэх гравитацийн долгионы маш бяцхан нөлөө нь дэлхий дээр ажиглагддаг.

Иймээс эрдэмтдэд лазер интерферометр гэж нэрлэгдэх маш өндөр мэдрэмжтэй оптик багажийг байгуулан гравитацийн долгионыг эрж хайх болжээ. Гравитацийн Долгион бүртгэгч Лазер Интерферометр товчоор ЛИГО /LIGO/ төхөөрөмж дээр ажиллах туршилтын баг нь дэлхийн өнцөг булан бүр дэх 86 институт, 1000 гаруй эрдэмтэдийн багаас бүрддэг. Хос гэрлийн багц, толь тэгээд детектор.

Гравитацийн долгион бүртгэх чадвартай багаж зохион бүтээхэд таньд харилцан хөндлөн /перпендикуляр/ байрлах хоолойн төгсгөлүүдэд байрлуулсан хос толь хоолойгоор гүйх болон гэрлийн хоёр багц байхад л хангалттай. Гравитацийн долгион төхөөрөмжөөр дайран өнгөрөх үед нэг хөндийнх нь хоолойн урт атомын радиусаас ч бага хэмжээгээр багасах бол нөгөөх нь ихэсдэг. Өөрөөр хэлбэл гравитацийн долгион нь огторгуй-хугацаанд агших-сунах үзэгдлийг бий болгох бөгөөд үүний улмаас хоолойн төгсгөлүүдэд байрлуулсан тольнуудын зай холдож ойртоно.

Энэхүү үл мэдэг өөрчлөлт нь тольнуудаас ойж ирэх гэрлийг бүртгэх детекторт бүртгэгдэнэ. Хуурмаг дохионоос сэргийлэхийн тулд бусад төрлийн нөлөөлж болох дохионуудыг жишээлбэл галт тэрэг явж өнгөрөх чичиргээ, газар хөдлөлт зэргээс бий болох нөлөөг багасгах шаардлагатай ба детекторууд нь маш өндөр нарийвчлалтай тохируулагдсан байхаас гадна хэмжилтийн үнэн бодит байдлыг бататгах зорилгоор Америкийн Нэгдсэн улсын Livingston Louisiana, Hanford Washington хэмээх хоёр мужид төхөөрөмжийг байрлуулжээ.

Хэмжилтийн нарийвчлалыг хангалттай өндөр хэмжээнд байлгахын тулд тольнууд болон лазер үүсгүүрүүд, детекторыг вакуум хоолойд хөндий байрлуулдаг. Хэдий тийм ч толинд бага зэрэг шүргэх төдийд л тохиргоо алдагдах аюултай тул бүх ажиллагааг компьютерийн тусламжтай автоматжуулжээ.

Мөн түүнчилэн тэнгэрт үзэгдэх сарны байрлал ч мөн бага зэргийн нөлөөг бий болгодог тул өдөр бүр тольнуудын байрлалыг нягтлан шалгаж, дахин тохируулж байдаг. Хос детекторууд цаг минут бүрд өгөгдлийг бүртгэж авах ба хоолой тус бүр нь 4 километрийн урт юм. Хоолойн урт хэдий чинээ урт байна төдий чинээ өндөр нарийвчлалтай хэмжих боломжийг нэмэгдүүлдэг байна. Мөн түүнчлэн эх газрын зүгээс бий болох чичиргээ гэх мэт нөлөөлөх аюулыг багасгах зорилгоор сейсмографик багажууд ажиллаж байдаг. Эдгээр нь газрын гүн болон гадарга дээр бий болох бүхий л төрлийн чичиргээг бүртгэн авч компьютерт оруулан тооцсоноос хуурмаг дохио бүртгэн авахаас урьдчилан сэргийлнэ. Хэрвээ эдгээр сейсмографик багажууд үгүй бол жинхэнэ гравитацийн долгионыг хуурмаг дохионоос салгах боломжгүйд хүрэх юм. Мөн сейсмографикуудын тусламжтай лазер үүсгэгчийн өөрийнх нь чичиргээг хүртэл тооцоолон хасах шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч LIGO-г ажиллуулдаг хэдэн зуун ажилтанд асуудал улгарсаар л байдаг, жишээ нь гэнэтхэн Японд Цунами боллоо гэхэд энэ нь хэмжилтийн үр дүнд маш хүчтэй нөлөөлж болно. Магадгүй та LIGO-с нэг метрийн зайнд амьсгалаа түгжин зогссон ч LIGO таны судсаар гүйх цусны эргэлтийн чичиргээг ч мэдрэх чадвартай юм.