วิทยาศาสตร์สุญญากาศในการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง

เพื่อให้สามารถตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (ประกอบด้วยแขนจัดเก็บแสง) จําเป็นต้องมีสภาวะสุญญากาศ หากไม่มี โมเลกุลก๊าซที่มีอยู่ในแขนอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์อาจทําลายแสงหรือสร้างสัญญาณรบกวนที่ซ่อนการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในลําแสงเลเซอร์ที่เกิดจากคลื่นแรงโน้มถ่วง

ดังนั้นปั๊มสุญญากาศจึงเป็นส่วนสําคัญของระบบตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง เนื่องจากต้องได้รับช่วงแรงดันที่สูงถึง <10 ^-09 mbar ปั๊มสุญญากาศที่ใช้กันทั่วไปคือ ปั๊มเทอร์โบโมเลกุลแม่เหล็ก ปั๊มไอออน ปั๊มไซโร และปั๊มสุญญากาศแบบแห้ง ปัจจัยสําคัญอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาคือการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนต่ํา ความสะอาด (ควรปราศจากน้ํามัน) และการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนการวัดค่า 

LIGO ก่อตั้งขึ้นในปี 1997 และประกอบด้วยสถาบันกว่า 100 แห่งทั่ว 18 ประเทศ เป็นสถานที่สังเกตการณ์คลื่นแรงโน้มถ่วงที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อสํารวจฟิสิกส์ของแรงโน้มถ่วงและทําเครื่องหมายสาขาวิทยาศาสตร์คลื่นแรงโน้มถ่วงเป็นเครื่องมือในการค้นพบทางดาราศาสตร์ผ่านการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง

Virgo เป็นเครื่องวัดการแทรกแซงด้วยเลเซอร์ขนาดยักษ์ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง โดยดําเนินงานใน Cascina ประเทศอิตาลีโดยความร่วมมือระหว่างประเทศของนักวิทยาศาสตร์ในฝรั่งเศส อิตาลี เนเธอร์แลนด์ โปแลนด์ และฮังการี

ในเดือนเมษายน 2019 เครื่องตรวจจับ LIGO และ Virgo ได้ลงทะเบียนคลื่นแรงโน้มถ่วง ซึ่งสงสัยว่าเกิดจากการชนระหว่างดาวนิวตรอนสองดวง แหล่งกําเนิดเพิ่มเติมที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้ในไม่ช้า นั่นคือ การชนกันของดาวนิวตรอนและหลุมดํา ผลกระทบของการค้นพบนี้ได้กําหนดลักษณะใหม่ของการวิจัยอวกาศ ทําให้นักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาการวิจัยในสิ่งที่เคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้

เพื่อให้ทํางานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงต้องรักษาสภาวะสุญญากาศระดับสูงเป็นพิเศษ เนื่องจากคลื่นเสียงไม่สามารถทําให้เกิดการสั่นสะเทือนในระบบสุญญากาศได้ หากไม่มีห้องสุญญากาศนี้ กระแสลมภายในหลอดลําแสงจะทําให้เลเซอร์เปลี่ยนทิศทาง ซึ่งทําให้ไม่สามารถตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงได้

หัวใจสําคัญของเรื่องนี้คือการติดตั้งท่อสุญญากาศของคาน เนื่องจากความไวสูงของเครื่องตรวจจับ LIGO ลําแสงเหล่านี้ต้องปราศจากการรั่วไหลและทําจากวัสดุที่มีผลกระทบจากการปล่อยก๊าซออกต่ํา นอกจากนี้ แขนของท่อต้องประกอบเป็นเส้นตรงและต้องคํานึงถึงความโค้งของโลก ซึ่งเน้นย้ําถึงความแม่นยําของโครงการ

หนึ่งในอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดที่ LIGO ต้องเผชิญคือระดับควอนตัมสัญญาณรบกวนสูง เพื่อปรับปรุงสิ่งนี้ ความแปรผันของสุญญากาศที่ป้อนเข้ามาในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์สามารถถูกแทนที่ด้วยแสงที่บีบอัดได้ ซึ่งดําเนินการในปี 2011 ที่สถานที่สังเกตการณ์ LIGO Hanford และนําไปสู่การลดความถี่ของสัญญาณรบกวนรวมถึงระดับความไวที่สูงขึ้น

โดยรวมแล้ว การมีสภาวะสุญญากาศสูงเป็นพิเศษทําให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถทํางานร่วมกันเพื่อตรวจจับและวัดคลื่นแรงโน้มถ่วงได้ ด้วยการตรวจจับแบบใหม่ที่น่าประหลาดใจซึ่งยังคงท้าทายทฤษฎีที่มีอยู่