A vákuumtudomány a legfontosabb tudományos fejlesztések szerves részét képezi. Ezek közül az egyik legjelentősebb a gravitációs hullámdetektor.
A gravitációs hullámok az űr-idő hullámok, amelyeket erőszakos folyamatok okoznak, mint például a szétrepülő csillagok, a neutroncsillagok közötti ütközések vagy a fekete lyukak egyesülése - ezt a koncepciót Einstein általános relativitáselmélete 1915-ben előrejelezte.
Hogyan használják a vákuumszivattyúkat gravitációs hullámérzékelő rendszerekben?
A gravitációs hullámok interferométerben történő észleléséhez (amely fénytároló karokból áll) vákuumfeltételekre van szükség. Ennek elmulasztása esetén az interferométer karjaiban lévő gázmolekulák tönkretehetik a fényt, vagy olyan zajt hozhatnak létre, amely elrejti a gravitációs hullámok által okozott lézersugár-változásokat.
A vákuumszivattyúk ezért a gravitációs hullámérzékelő rendszerek alapvető részét képezik. Mivel <10 -09 mbar nyomástartományt kell elérni, a leggyakrabban használt vákuumszivattyúk a mágneses turbómolekuláris szivattyúk, az ionszivattyúk, a ciroszivattyúk és a száraz elővákuum-szivattyúk. További kulcsfontosságú tényezők, amelyeket figyelembe kell venni, az alacsony rezgés- és zajszint, a tisztaság (lehetőleg olajmentes) és az elektromágneses kibocsátás a mérések zavarásának elkerülése érdekében.
Gravitációs hullámérzékelő projektek és felfedezések
Az 1997-ben alapított LIGO, amely 18 országban több mint 100 intézményből áll, a világ legnagyobb gravitációs hullám observátoria. A cél a gravitáció fizikájának felfedezése és a gravitációs hullámok tudományának megjelölése a gravitációs hullámok észlelésén keresztül történő csillagászati felfedezés eszközeként.
A Virgo egy óriási lézerinterferométer, amelynek célja a gravitációs hullámok észlelése. Az Olaszországban, Cascinában működő szervezet Franciaországban, Olaszországban, Hollandiában, Lengyelországban és Magyarországon tevékenykedő kutatók nemzetközi együttműködése révén működik.
2019 áprilisában a LIGO és a Virgo detektorok gravitációs hullámokat regisztráltak, amelyek két neutroncsillag összeütközésének gyanúja szerint jöttek létre. Hamarosan egy további, valószínűtlen forrást észleltünk: egy neutroncsillag és egy fekete lyuk ütközését. Ennek a felfedezésnek a hatása újraértelmezte az űrkutatás természetét, lehetővé téve a tudósok számára, hogy olyan kutatásokat fejlesszenek ki, amelyeket egykor lehetetlennek tartottak.
Ultramagas vákuum a gravitációs hullámok detektálásában
A hatékony működés érdekében a gravitációs hullámdetektoroknak ultramagas vákuumot kell fenntartaniuk. Ennek az az oka, hogy a hanghullámok nem képesek vibrációt okozni a vákuumrendszerben. E vákuumkamra nélkül a sugárcsöveken belüli légáramlatok a lézer irányának megváltoztatását eredményeznék, ami megakadályozná a gravitációs hullámok észlelését.
Ennek középpontjában a gerenda vákuumcsöveinek telepítése áll. A LIGO detektor nagy érzékenysége miatt ezeknek a sugaraknak szivárgásmentesnek kell lenniük, és alacsony gázkibocsátású anyagokból kell készülniük. Ezenkívül a cső karjait egyenes vonalban kellett összeszerelni, és figyelembe kellett venni a Föld görbületét, kiemelve a projekt pontosságát.
A LIGO számára az egyik legnagyobb akadály a magas szintű kvantumzaj. Ennek javítása érdekében az interferométerbe bevitt vákuumingadozások sűrített fénnyel helyettesíthetők. Ezt 2011-ben a LIGO Hanford Observatory-ben végezték el, és a zajfrekvenciák csökkentéséhez, valamint a magasabb érzékenységi szintekhez vezetett.
Összességében az ultramagas vákuum jelenléte lehetővé tette, hogy a kutatók világszerte együttműködjenek a gravitációs hullámok észlelésében és mérésében. Új és meglepő detektálásokkal, amelyek továbbra is kihívást jelentenek a meglévő elméleteknek.
