Sains vakum telah menjadi integral kepada kemajuan sains yang besar. Salah satu yang paling menonjol adalah pengesan gelombang graviti.
Gelombang graviti adalah riak dalam ruang-waktu yang disebabkan oleh proses ganas seperti bintang yang meletup, perlanggaran antara bintang neutron atau penggabungan lubang hitam – satu konsep yang diramalkan oleh teori Relativiti Umum Einstein pada tahun 1915.
Bagaimana pam vakum digunakan untuk sistem pengesanan gelombang graviti
Untuk gelombang graviti dapat dikesan dalam interferometer (yang terdiri daripada lengan penyimpanan cahaya), keadaan vakum diperlukan. Tanpa ini, molekul gas yang terdapat dalam lengan interferometer boleh merosakkan cahaya atau menghasilkan bunyi yang menyembunyikan sebarang perubahan dalam sinar laser yang disebabkan oleh gelombang graviti.
Pam vakum adalah bahagian penting dalam sistem pengesanan gelombang graviti. Oleh kerana julat tekanan sehingga <10-09 mbar mesti dicapai, pam vakum yang paling biasa digunakan adalah pam turbomolekul magnetik, pam ion, pam cryo dan pam vakum kering. Faktor kunci lain yang perlu dipertimbangkan adalah getaran rendah dan bunyi akustik, kebersihan (sebaiknya tanpa minyak) dan emisi elektromagnet untuk mengelakkan gangguan pengukuran.
Projek dan penemuan pengesan gelombang graviti
Ditubuhkan pada tahun 1997 dan terdiri daripada lebih 100 institusi di 18 negara, LIGO adalah observatori gelombang graviti terbesar di dunia. Ini bertujuan untuk meneroka fizik graviti dan menandakan bidang sains gelombang graviti sebagai instrumen penemuan astronomi melalui pengesanan gelombang graviti.
Virgo adalah interferometer laser gergasi yang bertujuan untuk mengesan gelombang graviti. Ia beroperasi di Cascina, Itali melalui kerjasama antarabangsa para saintis di Perancis, Itali, Belanda, Poland dan Hungary.
Pada April 2019, pengesan LIGO dan Virgo merekodkan gelombang graviti, yang disyaki berpunca daripada perlanggaran antara dua bintang neutron. Sumber tambahan yang tidak mungkin ditemui segera dikesan; perlanggaran antara bintang neutron dan lubang hitam. Kesan penemuan ini telah mendefinisikan semula sifat penyelidikan angkasa, membolehkan para saintis mengembangkan penyelidikan tentang apa yang pernah dianggap mustahil.
Keadaan vakum ultra-tinggi dalam pengesanan gelombang graviti
Untuk beroperasi dengan berkesan, pengesan gelombang graviti mesti mengekalkan keadaan vakum ultra-tinggi. Ini kerana gelombang bunyi tidak dapat menyebabkan getaran dalam sistem vakum. Tanpa ruang vakum ini, aliran udara dalam tiub pancaran akan menyebabkan laser berubah arah, menghalang kemampuan untuk mengesan gelombang graviti.
Pusat kepada ini adalah pemasangan tiub vakum balok. Oleh kerana kepekaan tinggi pengesan LIGO, sinar-sinar ini mesti bebas kebocoran dan dibuat daripada bahan yang mempunyai kesan pengeluaran gas yang rendah. Selain itu, lengan tiub perlu dipasang dalam satu garis lurus dan kelengkungan Bumi perlu diambil kira, menekankan ketepatan projek tersebut.
Salah satu halangan terbesar yang dihadapi LIGO adalah tahap bunyi kuantum yang tinggi. Untuk memperbaikinya, variasi vakum yang memasuki interferometer boleh digantikan dengan cahaya tertekan. Ini dilakukan pada tahun 2011 di Observatori LIGO Hanford dan membawa kepada pengurangan frekuensi bunyi serta tahap kepekaan yang lebih tinggi.
Secara keseluruhannya, kehadiran keadaan vakum ultra-tinggi telah membolehkan para saintis di seluruh dunia bekerjasama untuk mengesan dan mengukur gelombang graviti. Dengan pengesanan baru dan mengejutkan yang terus mencabar teori-teori sedia ada.
