LIVINGSTON, La. - Cerca de um quilômetro e meio de um prédio tão grande que você pode vê-lo do espaço, todo carro na estrada fica lento. Os motoristas sabem levar muito a sério o limite de velocidade de 16 km / h: isso acontece porque o prédio abriga um detector enorme que procura por vibrações celestes na menor escala já tentada. Não é de surpreender que seja sensível a todas as vibrações terrenas ao seu redor, desde os estrondos de um carro em movimento até os desastres naturais do outro lado do globo.
Como resultado, os cientistas que trabalham em um dos detectores LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser) devem fazer esforços extraordinários para caçar e remover todas as fontes potenciais de ruído - diminuindo a velocidade do tráfego ao redor do detector, monitorando cada pequeno tremor no até mesmo suspendendo o equipamento de um sistema de pêndulo quádruplo que minimiza vibrações - tudo no esforço de criar o ponto vibratório mais "silencioso" da Terra.
"Tudo se resume à caça ao ruído", disse Janeen Romie, líder do grupo de engenharia de detectores do detector LIGO na Louisiana.
Por que os físicos do LIGO são tão obcecados em eliminar o ruído e criar o lugar mais livre de vibração do planeta? Para entender isso, você precisa saber o que são ondas gravitacionais e como o LIGO as detecta em primeiro lugar. Segundo a relatividade geral, espaço e tempo fazem parte do mesmo continuum, que Einstein chamou de espaço-tempo. E no espaço-tempo, objetos massivos em rápida aceleração podem produzir ondas gravitacionais, que se parecem com as ondulações que se irradiam para fora quando uma pedra é jogada na superfície de uma lagoa. Essas ondas revelam o alongamento e a contração do tecido do próprio cosmos.
Como você mede as mudanças no próprio espaço-tempo, quando qualquer dispositivo de medição experimenta essas mesmas mudanças? A solução engenhosa é o que é conhecido como interferômetro. Ele se baseia no fato de que as ondas gravitacionais esticam o espaço-tempo ao longo de uma direção, enquanto a contraem na direção perpendicular. Pense em uma bóia na água: quando uma onda passa, ela balança para cima e para baixo. No caso de uma onda gravitacional irradiando pela Terra, tudo oscila levemente para frente e para trás, em vez de para cima e para baixo.
O detector do LIGO é composto por uma fonte de luz laser, um divisor de feixe, vários espelhos e um detector de luz. A luz sai do laser, divide-se em dois feixes perpendiculares por um separador de feixes e percorre distâncias iguais pelos braços do interferômetro até dois espelhos, onde a luz é refletida de volta pelos braços. Ambos os raios atingem o detector, que é colocado em frente a um dos espelhos refletores. Quando uma onda gravitacional passa através do interferômetro, torna um dos braços um pouco mais longo e o outro um pouco mais curto, porque estende o espaço ao longo de uma direção enquanto a comprime ao longo de outra.Esta mudança infinitesimalmente pequena se registra no padrão de luz que atinge a luz detector. O nível de sensibilidade do LIGO é equivalente a "medir a distância da estrela mais próxima (cerca de 4,2 anos-luz) a uma precisão menor que a largura de um cabelo humano", de acordo com o site de colaboração do LIGO.
Para ser capaz de detectar a onda de largura do cabelo, os cientistas fazem esforços extremos para eliminar possíveis distúrbios nessa configuração afinada, disse Carl Blair, pesquisador de pós-doutorado do LIGO que estuda opto-mecânica ou a interação da luz com sistemas mecânicos.
Para começar, os braços de 4 km estão em um dos vazios mais perfeitos do mundo, o que significa que é quase livre de moléculas, para que nada possa interferir no caminho do feixe. Os detectores também são cercados por todos os tipos de dispositivos (sismômetros, magnetômetros, microfones e detectores de raios gama, para citar alguns) que medem distúrbios nos dados e os removem.
Qualquer coisa que possa interferir ou ser interpretada erroneamente como um sinal de onda gravitacional também deve ser caçada e eliminada, disse Blair. Isso inclui imperfeições no próprio detector - o que é conhecido como ruído - ou distúrbios não astrofísicos que são detectados pelo instrumento - o que é conhecido como falhas. Os físicos devem até dar conta das vibrações dos átomos que compõem o espelho do detector e das flutuações aleatórias da corrente na eletrônica. Em uma escala maior, as falhas podem ser qualquer coisa, desde um trem de carga que passa a um corvo sedento.
E falhas podem ser realmente difíceis de resolver. Quando Arnaud Pele ingressou na equipe de engenharia de detectores do LIGO, ele foi incumbido de descobrir de onde vinha uma perturbação especialmente incômoda: os instrumentos que mediam o movimento do solo ao redor dos detectores de ondas gravitacionais estavam registrando um pico constante, e ninguém sabia o porquê. Após vários meses de investigação obstinada, ele encontrou o culpado: uma rocha despretensiosa alojada entre o chão e algumas fontes mecânicas sob um sistema de ventilação. Por causa da rocha, as molas não podiam impedir que a vibração do ventilador aparecesse no detector, causando o sinal misterioso. "É uma parte muito divertida do meu trabalho, fazer essas coisas de detetive", disse Pelé. "Na maioria das vezes, são soluções simples." Na busca de vibrações infinitesimalmente pequenas dos confins do universo, o trabalho real pode estar muito próximo da Terra.
O mais importante é que talvez haja três detectores: além do da Louisiana, há um em Hanford, Washington e um terceiro na Itália: "Se algo é real, deve ser o mesmo em todos os detectores", disse o membro da colaboração do LIGO. Salvatore Vitale, professor assistente de física no MIT. Se for um trem de carga ou uma rocha alojada sob uma mola, ela só aparecerá em um dos três detectores.
Com todas essas ferramentas e alguns algoritmos muito sofisticados, os cientistas são capazes de quantificar a probabilidade de um sinal ser de fato uma onda gravitacional. Eles podem até calcular a taxa de alarmes falsos para uma determinada detecção ou a possibilidade de o sinal exato aparecer por acidente. Um dos eventos do início deste verão, por exemplo, teve uma taxa de alarmes falsos de menos de uma vez em 200.000 anos, tornando-o um candidato extremamente atraente. Mas teremos que esperar até que o veredicto final seja lançado.
Os relatórios para este artigo foram parcialmente apoiados por uma bolsa da National Science Foundation.
