Nobel za potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych

Wtorek, 3 października 2017 (14:44)

Królewska Szwedzka Akademia Nauk wyróżniła tegoroczną nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki trzech naukowców, którzy w decydujący sposób przyczynili się do powstania detektorów LIDO i pierwszej obserwacji fal grawitacyjnych. Połowę nagrody otrzyma Reiner Weiss, dugą połową podzielą się Barry C. Barrish i Kip S. Thorne. Wszyscy są obywatelami amerykańskimi, profesor Weiss urodził się w Niemczech. Ogłoszenie detekcji fal grawitacyjnych było naukową sensacją ubiegłego roku.

Obserwacja fal grawitacyjnych, przewidzianych teoretycznie przez Alberta Einsteina przed stuleciem, była możliwa dzięki zbudowaniu w Stanach Zjednoczonych dwóch detektorów LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). Reiner Weiss, Barry C. Barrish i Kip S. Thorne mieli zdaniem Komitetu Noblowskiego decydujący wpływ na sukces tego projektu, w który zaangażowały się tysiące badaczy z ponad 20 krajów, w tym Polski. W bieżącym roku obserwatoria amerykańskie uzupełnił europejski detektor VIRGO, zbudowany w rejonie Pizy.

Pierwsza obserwacja fal grawitacyjnych miała miejsce nieco ponad dwa lata temu, 14 września 2015 roku. Niezwykle słaby sygnał dotarł do Ziemi z odległości około 1,3 miliarda lat świetlnych i był  wynikiem kolizji dwóch czarnych dziur. Informacje na jego temat podano oficjalnie 11 lutego 2016 roku. Sensacja, która temu towarzyszyła, była całkowicie uzasadniona, zdolność detekcji fal grawitacyjnych otwiera zupełnie nowe możliwości badań Wszechświata. Do tej pory umożliwiały to badania fal elektromagnetycznych i cząstek promieniowania kosmicznego, fale grawitacyjne, jako obraz samych zakłóceń czasoprzestrzeni, otwierają nam oczy jeszcze szerzej.

Idea budowy obserwatorium zdolnego do detekcji fal grawitacyjnych pojawiła się pół wieku temu. Rozpatrywano różne możliwości. W latach 70-tych minionego stulecia Rainer Weiss zaprojektował detektor oparty na interferometrze laserowym, w jego prace włączył się między innymi Kip Thorne. Kierownictwo konkretnego projektu LIGO przejął w 1994 roku Barry Barish, to dzięki niemu mała grupa badawcza, licząca około 40 osób rozwinęła się w wielki międzynarodowy projekt, który zgromadził ponad tysiąc naukowców i inżynierów. 

Amerykańskie detektory należące do projektu LIGO (Laserowe Interferometryczne Obserwatorium Fal Grawitacyjnych) zbudowano w Livingston w stanie Louisiana i w Hanford w stanie Washington. Każde z nich ma tunele w kształcie litery L z ramionami o długości 4 km. We wnętrzu tych ramion biegnie światło lasera. Gdy przez Ziemię przechodzi fala grawitacyjna, odkształca czasoprzestrzeń i zmienia długość jednego z ramion względem drugiego. Czuła aparatura potrafi to zarejestrować, a zauważenie efektu w obu obserwatoriach naraz daje gwarancję, że efekt nie jest dziełem przypadku. 

Od czasu obserwacji pierwszej fali, w obserwatoriach LIGO zarejestrowano jeszcze trzy. Tę ostatnią, 14 sierpnia bieżącego roku zaobserwowano też w otwartym zaledwie parę tygodni wcześniej detektorze Advanced Virgo, zbudowanym w rejonie Pizy we Włoszech. Połączenie możliwości trzech detektorów i ich ułożenie umożliwia  bardziej precyzyjne określenie źródła fal grawitacyjnych. Pozwala też na badanie ich polaryzacji, co daje możliwość testowania jeszcze innych przewidywań ogólnej teorii względności. 

W pracach Virgo Collaboration uczestniczą polscy naukowcy z grupy POLGRAW. To pracownicy naukowi wielu uczelni i instytutów badawczych, Instytutu Matematycznego PAN, Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, Narodowego Centrum Badań Jądrowych, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, a także Uniwersytetów: w Białymstoku, Jagiellońskiego w Krakowie, Mikołaja Kopernika w Toruniu, Warszawskiego, Wrocławskiego i Zielonogórskiego. 

Artykuł pochodzi z kategorii: Nauka

Grzegorz Jasiński