O Detector LIGO

O detector LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) é constituído basicamente de dois interferômetros (é um aparelho utilizado para efetuar medidas de desfazes de ondas conforme o espectro de interferência formado, “será discutido brevemente mais a frente”) separados um do outro por uma distância de 3000 Km. Um dos interferômetros está localizado no estado de Washington, mais precisamente, na cidade de Hanford, e o outro na cidade de Livingston, no estado de Louisiana, ambos nos EUA. Como já apresentado no Post: “Projeto LIGO e as Ondas Gravitacionais”, o detector foi responsável pela comprovação de uma das previsões de Einstein sobre a natureza da atração gravitacional, tornando a teoria da Relatividade Geral ainda mais consolidada. Mas o uso de interferômetros não se restringe somente a isso, e podemos encontrar diferentes tipos de interferômetros, que iremos discutir alguns deles a seguir.

    Um interferômetro (fig. 01) é constituído basicamente de um emissor de luz ou de partículas massivas como elétrons ou nêutrons, que são focalizados em um feixe, onde o mesmo é direcionado a um divisor de feixe (ou amostra), no caso de um divisor de feixe (espelho semitransparente), aplicado somente a Luz, devido as dimensões de comprimento de onda e a energia utilizada (que em geral é consideravelmente mais baixa que utilizando partículas), este espelho estaria posicionado com uma angulação de 45º com relação ao 1º quadrante, com sistema de eixos posicionado ao centro do espelho com direções paralelas aos feixes, e ainda possui dois espelhos utilizados para refletir os feixes de volta ao separador de feixe.

Figura 1 – Esquema representando um interferômetro usual, onde o espectro de interferência é formado no anteparo.

          A posição do espelho semitransparente constitui essa forma, justamente para criar uma diferença de caminho para os feixes sobressalentes, pois parte do feixe inicial é refletido pelo espelho e outra atravessa o mesmo. O feixe que atravessa o espelho, mantem seu percurso até o espelho 2 da fig. 01, utilizado para refletir de volta, que ao deparar-se novamente com o espelho semitransparente, é novamente dividido. O feixe que é refletido sofre um desvio de seu percurso em 90º que é refletido de volta pelo espelho 1 e sofre o mesmo caso que o anterior, com a diferença de ambos os feixes serem agora recombinados formando um espectro de interferência no anteparo. Esse espectro é formado justamente pela diferença de fase entre as ondas que constituem o feixe mostrando na parte iluminada, a fase construtiva, e na parte escurecida, a fase destrutiva

O interferômetro tem sua importância justamente pelo fato de sua precisão, pois por se tratar de ondas se interferindo, qualquer alteração nas fases modificam o espectro. Assim, qualquer micro vibração no espelho 1 ou 2 geraria uma modificação relevante no espectro. Interferômetros podem ser usados para medir distâncias, vibrações ou parâmetros de rede cristalina, diferindo apenas em comprimentos de ondas, ou tipo de onda, pois difratores de elétrons ou nêutrons, também geram espectros de interferência pois o funcionamento se restringe nas propriedades de natureza ondulatória, que só é possível devido a dualidade onda-partícula.

              O caro leitor deve estar se perguntando, mas o que o LIGO tem em especial? O LIGO em sua estrutura e funcionamento possui a mesma essência, com a diferença quanto as dimensões, onde a separação de um espelho até o divisor de feixe constitui a distância de 4 km de tubos herméticos a vácuo, sendo este o maior interferômetro da história. Ele foi projetado de modo a reduzir ruídos sísmicos, onde os espelhos são pendurados por um sistema de roldanas ajustáveis utilizando-se de um cabo de aço e pesos para aumentar o momento de inércia (fig. 02). As fibras de vidro fundido são utilizados para reduzir ruídos causados pela radiação térmica o sistema é constituído por pêndulo quadruplo ligado por um atuador eletrostático que providencia alto isolamento a frequências de ressonância no intervalo de 0.3 a 13Hz, e qualquer variação superior a 20Hz é descartada automaticamente.

Figura 2 – A esquerda está representado o interferômetro utilizado no LIGO assim como o sistema de roldanas montados em forma de um pêndulo quadruplo ligados por um atuador eletrostático, fibras de vidro e cabos de aço. A direita tem-se uma foto aérea do LIGO construído em Hanford.

 

As dimensões elevadas são justamente para medir micro variações do espaço-tempo, onde essas variações provocariam modificações nas fases das ondas que só é possível pelo fato de a luz, como partícula, não possuir massa, fazendo com que a mesma sofra menor interação com as variações quadridimensionais(espaço-tempo). Graças a tais cuidados na construção do interferômetro, foi possível a confirmação da teoria de Einstein publicado no artigo (B. P. Abbott) presente em referências.

Texto por: Maycol Szpunar

Referências:

Site – LIGO Caltech < https://www.ligo.caltech.edu/page/ligo-detectors> acesso Abril 2016.

Artigo – B. P. Abbott & colaboradores; GW150914: The Advanced LIGO Detectors in the Era of First Discoveries, Fevereiro 10, 2016.