Construiește un detector LISA pentru undele gravitaționale – 3 – Construcția unui mini-detector LISA

Putem imita într-un mod simplu tehnologia de interferometru cu laser precisă a LISA folosind materiale obișnuite și trei persoane pentru cele trei nave spațiale LISA. Veți construi trei modele de „interferometru cu fascicul laser” pentru întreaga clasă. Fiecare dintre aceste modele va reprezenta o parte a triunghiului format din cele trei nave spațiale LISA, iar cele trei persoane vor fi „atașate” la două dintre laturile sale.

Materiale:

• 3 dosare
• 6 fotocopii pe film transparent a benzii din ultima pagină a acestui articol
• Coardă sau sfoară (care nu poate fi întinsă), aproximativ 30 de metri (3 bucăți de câte 10 metri)
• 3 agrafe
• 3 benzi de cauciuc
• Foarfecă
• Cutter
• Capsator
• Bandă
• Tampoane de bumbac, chibrituri sau scobitori (6)

Construcție:

Tăiați, pliați și construiți modelul interferometrului așa cum se arată (a se vedea ilustrația).

Dungile de pe benzile transparente reprezintă lungimi de undă ale fasciculului laser. Fiecare linie întunecată reprezintă o vale și cea „strălucitoare” o creastă. Aici, „raza laser” are o lungime de undă de 1 centimetru, sau de aproximativ 10.000 de ori mai lungă decât la LISA.

Pe fiecare dintre modelele de interferometre, „fereastra interferometrului” reprezintă una dintre navele spațiale care trimite un fascicul laser către una dintre celelalte nave. Fixarea de la celălalt capăt reprezintă o oglindă care reflectă fasciculul laser (astfel bucla din coardă) înapoi la nava
spațială inițială.

Acum, să 
asamblăm totul. O 
persoană (A) ține 
capătul „ferestrei 
interferometrului” a 
„interferometrului cu 
fascicul laser”. O altă 
persoană (B) fixează 
celălalt capăt pe el. La 
rândul său, B ține capătul „ferestrei interferometrului” al celui de-al doilea model și o a treia persoană (C) fixează celălalt capăt pe el. Tot ceea ce a mai rămas pentru a completa triunghiul este ca C să țină capătul ferestrei celui de-al treilea model și A să poată fixa capătul pe el.

Acum toată lumea se mișcă într-o poziție astfel încât să nu existe nicio coardă slăbită, doar o mică tensiune. Acum reprezentați cele trei nave spațiale LISA care zboară în formație, conectate prin fascicule laser. Sunteți la doar 5 metri distanță, dar nava spațială LISA este de un miliard de ori mai departe!

Dar chiar și așa de aproape, observați ce se întâmplă în ferestrele interferometrului atunci când cineva se mișcă cât de puțin, schimbând astfel lungimea „fasciculului laser”.

Vedeți desenele etichetate 1, 2 și 3 ale undelor de lumină laser în fază și defazate. Dacă undele de ieșire și reflectare sunt în fază (1), modelul de interferență al interferometrului va arăta ca desenul 1 de mai jos. Aceasta ar putea însemna că distanța parcursă de fasciculele laser fie nu s-a schimbat deloc, fie s-a schimbat cu una sau mai multe lungimi de undă întregi. În mod similar, dacă fasciculele laser de ieșire și reflectate sunt defazate la 1/4 lungime de undă, benzile modelului de interferență se vor suprapune ca în desenul 2. Dacă undele de ieșire și reflectate sunt defazate total (180°), benzile vor pare să se anuleze reciproc ca în desenul 3. Dacă un computer (sau o persoană) înregistrează toate schimbările din modelele de interferență pe măsură ce au loc, se poate calcula pentru defazajul de 1/4 lungimi de undă distanța totală deplasată.

Text:

1. Detectarea undelor gravitaționale
2. Lasere și interferometrie
3. Construcția unui mini-detector LISA
4. Îmbunătățirea preciziei

PDF: https://www.telework.ro/ro/e-books/construieste-un-detector-lisa-pentru-undele-gravitationale/

Acest articol a fost scris de Diane Fisher, scriitoare și proiectantă a site-ului The Space Place de la spaceplace.nasa.gov. Alex Novati a desenat ilustrațiile. Mulțumiri lui Gene Schugart, consilier Space Place, pentru conceptul de activitate și sfaturi utile. Articolul a fost furnizat prin amabilitatea Jet Propulsion Laboratory, Institutul de Tehnologie din California, Pasadena, California, în baza unui contract cu Administrația Națională Aeronautică și Spațială (NASA). Traducere, editare imagini și adaptare de Nicolae Sfetcu, www.telework.ro.