Trio a câștigat Premiul Nobel pentru fizică pentru detectarea undelor gravitaționale

Vizualizați videoclipul

Vibrațiile cosmice subtile susținute de găurile negre învolburate au captat imaginația publicului – și mințile membrilor comisiei Premiului Nobel pentru fizică, de asemenea.

Trei oameni de știință care au pus bazele pentru prima detectare directă a undelor gravitaționale au câștigat Premiul Nobel pentru fizică. Rainer Weiss de la MIT și Kip Thorne și Barry Barish, ambii de la Caltech, vor împărți premiul de 9 milioane de coroane suedeze (aproximativ 1,1 milioane de dolari), jumătate fiind acordat lui Weiss, iar restul împărțit între Thorne și Barish.

Deși cercetătorii așteaptă adesea zeci de ani pentru recunoașterea Nobel, observarea undelor gravitaționale a fost atât de monumentală încât oamenii de știință au fost onorați la mai puțin de doi ani de la anunțul descoperirii.

„Aceste detectii au fost atât de convingătoare și zdrobitoare… De ce să aștepți?” spune Clifford Will de la Universitatea din Florida din Gainesville, care nu a fost implicat direct în descoperire. „Este fabulos. Absolut fabulos.”

Weiss, Thorne și Barish sunt pionierii Observatorului undelor gravitaționale cu interferometru cu laser, sau LIGO. Pe 11 februarie 2016, oamenii de știință LIGO au anunțat că au observat unde gravitaționale produse de o pereche de găuri negre care fuzionează. Această primă detectare a generat o frenezie de entuziasm în rândul fizicienilor și a adunat titluri de prima pagină din întreaga lume.

Observarea undelor gravitaționale de către LIGO a confirmat în mod direct o predicție veche de 100 de ani a teoriei generale a relativității a lui Einstein – că obiectele masive care accelerează rapid întinde și stoarce spațiu-timp, producând ondulații care se deplasează spre exterior de la sursă (SN: 3/5/16, p. 22).

Povestea continuă sub ilustrație

RIPPLES LA BOGĂȚI Premiul Nobel a fost acordat unui trio de fizicieni pentru detectarea undelor gravitaționale produse de două găuri negre care fuzionează, prezentate într-o simulare pe computer. C. Henze/NASA

„Dacă Einstein era încă în viață, ar fi absolut minunat să merg la el și să-i povestești despre descoperire. Ar fi foarte încântat, sunt sigur de asta”, a spus Weiss în timpul unei conferințe de presă la MIT, la câteva ore după ce a aflat despre victorie. „Dar apoi să-i spun care a fost descoperirea, că a fost o gaură neagră, ar fi fost absolut uluit pentru că nu credea în ele.”

În timp ce membrii echipei entuziaști îmbrăcați în tricouri cu tema LIGO au sărbătorit descoperirea, Weiss a subliniat că descoperirea a fost un efort de grup. „Sunt un simbol al asta. Nu este totul pe umerii mei, chestia asta”, a spus el, invocând colaborarea mare a oamenilor de știință a căror activitate a condus la detectarea LIGO.

Fizicienii anticipează că LIGO va declanșa un domeniu complet nou al astronomiei, în care oamenii de știință cercetează universul simțind tremurăturile sale. „Ne va permite să vedem părțile universului care nu ne-au fost dezvăluite înainte”, spune Carlos Lousto, membru al echipei LIGO, de la Institutul de Tehnologie Rochester din New York.

Prima încarnare a LIGO, care a început oficial să colecteze date în 2002 și a rulat intermitent până în 2010, nu a dat indicii de unde gravitaționale. După ani de îmbunătățiri, detectoarele îmbunătățite, cunoscute sub numele de Advanced LIGO, au început să caute ondulații spațiu-timp în 2015. Aproape de îndată ce detectoarele au fost pornite – chiar înainte să înceapă în mod oficial preluarea datelor științifice – oamenii de știință au detectat ondulațiile minuscule ale prima lor coliziune cu o gaură neagră. Acele ondulații, observate pe 14 septembrie 2015, au călătorit pe Pământ de la 1,3 miliarde de ani lumină distanță, unde au fost produse de două găuri negre colosale care s-au întors în spirală spre interior și s-au contopit într-una singură (SN: 3/5/16, str. 6).

Tolburile de la acele găuri negre convergente, atunci când au fost convertite într-un semnal audio, au scos un sunet revelator numit „cirip”, care amintește de strigătul unei păsări. Datele acelei semnături dezvăluie detalii ale coliziunii. „Frumusețea simfoniei constă în ceea ce puteți extrage din mișcările minuscule, sau din mișcările de pe vârfuri, în acel semnal”, a spus Thorne la o conferință de presă din 3 octombrie la Caltech.

Povestea continuă după videoclip

SPACETIME SHIMMY Undele gravitaționale, explicate aici, au câștigat Premiul Nobel pentru fizică în 2017. Aceste mici ondulații în țesătura spațiu-timpului sunt declanșate de evenimente cosmice violente, cum ar fi ciocnirea a două găuri negre. H. Thompson

De la prima detectare, oamenii de știință au observat încă trei ciocniri de găuri negre. Și valuri gravitaționale suplimentare ar putea fi deja în pungă: se zvonește că oamenii de știință LIGO au detectat, de asemenea, o spargere de stele neutronice (SN Online: 25.08.17). De fapt, Weiss a tachinat un anunț care va avea loc pe 16 octombrie.

O ispravă uluitoare a ingineriei, LIGO constă din două detectoare enorme în formă de L care se întind pe peisajul împădurit din Livingston, La., și deșertul Hanford, Wash. Fiecare detector are două brațe lungi de 4 kilometri prin care sară lumina laser. înainte și înapoi între oglinzi.

Undele gravitaționale care trec printr-un detector întind un braț în timp ce scurtează celălalt. LIGO compară dimensiunile brațelor folosind lumina laser pentru a măsura diferențele de lungime o mică parte din dimensiunea unui proton. Undele gravitaționale ar trebui să producă semnale în cele două detectoare de la distanță aproape simultan, ajutând oamenii de știință să excludă semnale false care pot fi cauzate de evenimente la fel de banale precum un camion care sară în apropiere.

„LIGO este probabil unul dintre cele mai bune și mai uimitoare instrumente construite vreodată de omenire”, a spus Barish la conferința de presă Caltech. Dar construirea lui a fost un efort riscant: nimeni nu mai încercase anterior ceva asemănător și nimeni nu putea spune cu siguranță dacă efortul va reuși. „Ceea ce este fundamental este că trebuie să fii dispus să-ți asumi riscuri pentru a face lucruri grozave”, a spus Barish.

În august, cele două detectoare de la LIGO au făcut echipă cu detectorul Virgo, proiectat similar, lângă Pisa, Italia (SN Online: 8/1/17). Cea mai recentă observare a undelor gravitaționale, făcută pe 14 august, a apărut în toate cele trei detectoare aproape simultan, ceea ce a permis oamenilor de știință să identifice regiunea spațiului în care se aflau găurile negre mai precis decât oricând înainte (SN Online: 9/27/17).

Weiss a petrecut zeci de ani pe proiect, începând cu mâzgălile în curs de dezvoltare pe bucăți de hârtie și prototipuri timpurii. În anii 1960, Weiss a venit cu ideea unui detector de unde gravitaționale cu laser în timp ce preda un curs despre relativitatea generală. (Alți cercetători propuseseră în mod independent tehnica.) El a rafinat ideea și a construit un detector mic, prototip, stabilind planul de bază care va evolua în cele din urmă în LIGO.

Povestea continuă sub diagramă

Inspirat de o conversație cu Weiss, Thorne, care a studiat aspectele teoretice ale undelor gravitaționale, a adunat o echipă pentru a lucra la tehnica la Caltech în anii ’70. (Thorne a fost semifinalist în 1958 în Science Talent Search, un program al Societății pentru Știință și Public, care publică Știri Științe.)

Un alt fondator LIGO, Ronald Drever, a murit în martie. Drever, care lucrase la detectoare de unde gravitaționale la Universitatea din Glasgow, sa alăturat lui Thorne la Caltech în 1979. Weiss și Drever au lucrat fiecare individual la prototipuri, înainte ca Weiss să facă echipă oficial cu Thorne și Drever în 1984 pentru a crea LIGO (SN: 3/5/16, str. 24). Drever a trăit până să audă despre prima detectare, spune Will, dar „e trist că nu a trăit ca să vadă totul”.

Barish s-a alăturat proiectului mai târziu, devenind director al LIGO în 1994. El a rămas în acest rol mai mult de 10 ani, ridicând LIGO din visele oamenilor de știință în realitate. Barish a supravegheat construcția și punerea în funcțiune a detectorilor, precum și căutările inițiale ale undelor gravitaționale. „El a intrat în experiment într-un moment crucial, când a fost necesar să aducem experimentul la un alt nivel, să facem din el o mare colaborare”, spune Alessandra Buonanno de la Institutul Max Planck pentru Fizică Gravitațională din Potsdam, Germania.

Speculațiile că LIGO ar obține un Nobel au început de îndată ce descoperirea a fost anunțată. Așa că colaborarea nu a fost surprinsă de onoare. „Ne așteptam cu siguranță să se întâmple acest lucru”, spune Manuela Campanelli, membru al echipei LIGO, de la Institutul de Tehnologie Rochester. Cu toate acestea, lipsa surprizei nu a atenuat atmosfera de festivitate. „Mă simt într-un vis”, spune Buonanno.

LIGO și Virgo se află în prezent într-o perioadă de închidere, în timp ce oamenii de știință se chinuiesc cu detectoarele pentru a le îmbunătăți sensibilitatea. Vânătoarea undelor gravitaționale va relua anul viitor. Pe lângă fuziunile găurilor negre și spargerile de stele cu neutroni, în viitor, oamenii de știință ar putea observa și valuri de la o stea care explodează, cunoscută sub numele de supernova. Detectoarele viitoare ar putea simți tremurele generate în Big Bang, oferind o privire asupra începuturilor universului.

Și oamenii de știință ar putea chiar să găsească fenomene noi pe care nu le-au prezis. „Aștept cu nerăbdare câteva surprize uriașe în următorii ani”, a spus Thorne.


Această poveste a fost actualizată de două ori, 3 octombrie 2017, pentru a include reacția la anunț și comentariile noilor laureați Nobel.