ФИЗИКИЙН ШИНЭ НЭЭЛТ: ТАТАЛЦЛЫН ДОЛГИОНЫГ АНХ БҮРТГЭЛЭЭ

Саяхан  2016 оны 2-р сарын 11-д АНУ-ын Вашингтон хотноо болсон хэвлэлийн бага хурал дээр Олон улсын LIGO мега-төслийн эрдэмтэд АНУ-ын LIGO интеферометрийн өндөр мэдрэх чадвар бүхий детекторын системийн тусламжтайгаар анх удаа таталцлын долгион (Gravitational Waves)-ыг нээсэн тухай зарлалаа. Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар энэхүү долгион нь 1.3 тэрбум жилийн тэртээ Нарнаас 29 ба 36 дахин их масс бүхий сансрын 2 хар нүх нийлэн нэгдэх үед үүсчээ. Энэ “мөргөлдөөний” үр дүнд нарны массаас 3 дахин их масс таталцлын долгионы энергид шилжсэн байна (Зураг 1).

 Зураг 1. Хар нүхний харилцан байршлын загвар.

1916 онд буюу одоогоос зуун жилийн өмнө алдарт физикч Альберт Эйнштейн Харьцангуйн ерөнхий онолоо боловсруулж дуусгаад “таталцлын долгион” оршин байж болох тухай санаа дэвшүүлж (үүсгүүрийн масс квадруполийн моментын хугацааны үелзлэл гэрлийн хурдтай тарах үед таталцлын орны шугаман тэгшитгэл нь долгион шийдтэй), энэ долгионы далайц маш бага утгатай учир хэзээ ч бүртгэж илрүүлж чадахгүй хэмээн тэмдэглэн хэлсэн байдаг. (A. Einstein, Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss.1, 154, 1918) Харин 1957 онд буюу А. Эйнштейнийг таалал төгсний дараахан Chapel Hill олон улсын конференц дээр энэ долгион байх эсэх, бүртгэж болох эсэх талаар эрдэмтдийн дунд маргаан хэлэлцүүлэг болжээ.

Таталцлын долгионыг бүртгэх туршилт 1960-аад оны үеэс эхэлж, 2000 оноос олон улсын хамтын баг (TAMA300, Japan), (GEO600, Germany), (Virgo, Italy), (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), USA) нэгдэн ажилласнаас их ахиц гарч улмаар 2015 онд  LIGO орчин үеийн маш мэдрэмтгий детекторын систем бүрдүүлснээр нээлт хийх боломж бүрдсэн ажээ.

LIGО олон улсын мега-проект дээр Калифорний Технологийн Институт (CalTech), Массачусетсын Технологийн Институт (MIT) зэрэг олон тооны институт, их сургуулиуд, гадаадын 15 орны 30 гаруй байгууллагын 950 орчим эрдэм шинжилгээний ажилтнууд ажилладаг. LIGО проектын үндсэн хоёр обсерваторын нэг нь Вашингтон мужид орших Ханфорд (Hanford), нөгөө нь Лузиана мужийн Ливингстон (Livingston)-д байрлана. Уг хоёр төв гэрлийн хурд бүхий дохио 10 милисекунд  хугацаанд туулах зайд оршино. Обсерватор тус бүр нь тэгш өнцөгт L-хэлбэрийн 4 км урт интерферометрийн маш өндөр вакуум хоолой, мөн толь болон лазерын туссан ба ойсон гэрэл нааш цааш нэвтрэх зам зэргээс бүрдэнэ  (Зураг 2).

Зураг 2. LIGО проектын үндсэн хоёр обсерваторууд

Таталцлын долгионыг анх 2015 оны 9-р сарын 14-ний өглөөний 5:51 цагт (9:51 UTC) (PHYSICAL REVIEW LETTERS 2016, 061102-2) Ливингстоны детектор-интерферометр нь Ханфордын багажаас 7 миллисекундын өмнө бүртгэсэнд үндэслэн тооцоолж уг мөргөлдөөн тэнгэрийн Өмнөд хагас  бүст явагджээ гэж үзсэн байна (Зураг 3). 

Зураг 3. Таталцлын долгионыг анх бүртгэсэн мэдээлэл бүхий спектр

LIGO- Лазер интерферометрийн ажиллах зарчим нь Майкельсоны интерферометрийн зарчимтай төстэй бөгөөд  харилцан перпендикуляр замын ялгаврыг хэмжихэд оршино (Зураг 4).

Зураг 4. Лазер интерферометрийн ажиллах зарчим

Энэхүү төрлийн хэмжилт нь маш нарийн, багажийн тун өндөр мэдрэх чадварыг шаарддаг бөгөөд үүнийг энгийн үгээр тайлбарлавал LIGO- интерферометрийн тусламжтайгаар бүртгэсэн  интерференцийн зураг дээр “шовгор оргилууд” хэлбэрийн нэмэлт үүсвэл энэ нь таталцлын долгион бүртгэж байгааг илэрхийлж байна гэж ойлгоно (Зураг 5).

Зураг 5. (a): Ханфорд (Hanford) ба  Ливингстон (Livingston) төхөөрөмжийн байрлал, чиглэл

(b):Таталцлын долгионыг бүртгэх  зарчим ба төхөөрөмж бүрийн детекторт бүртгэгдсэн таталцлын долгионы сигнал.

Таталцлын долгионы илрэл маш сул бөгөөд “Сигнал 4 км зайд илэрч бүртгэгдэх хазайлт нь ердөө 10-ийн хасах 19 зэрэгт метр (), энэ нь устөрөгчийн атомын цөм буюу протоны диаметрээс арван мянга дахин бага хэмжээ” гэж LIGO төсөлд оролцогчдын нэг, Москвагийн их сургуулийн профессор М. Городецкий “РИА Новости” мэдээллийн сувагт өгсөн ярилцлагадаа дурдсан байна. Тэрээр энэ төсөлд  Оросын физикчдийн оруулсан хувь нэмрийн тухайд интерферометрийн мэдрэх чадварыг дээшлүүлэхэд голлон оролцсон гэж мэдэгдээд зарим бэрхшээлийг ингэж мэдээлжээ: Гейзенбергийн тодорхойгүйн зарчим ёсоор тодорхой тооны квантыг цуглуулж бүртгэхийн тулд тэдгээрийн фазыг тодорхой нарийвчлалтай хэмжих хэрэгтэй, үүний тулд лазерын чадлыг ихэсгэх шаардлага гарна, гэвч лазерын чадлыг ихэсгэх тусам фотонууд төхөөрөмжийн толийг их хүчтэй мөргөж улмаар флуктуац ихсэх сөрөг талтай.

Таталцлын долгион нээгдсэнээр орчин үеийн физик, космологид, тухайлбал, Орчлон ертөнц ямар хурдтайгаар тэлж байгааг,  нейтрон оддын нийлэлт хэрхэн явагдаж байгаа болон утасны (теория струн) онолыг практикт шалгах зэрэг олон асуудлыг шийдэхэд тус дөхөм болно гэж тэрээр мэдэгджээ.

 Мэдээллийг бэлтгэсэн: 

Профессор Д. Сангаа,

 ШУА-ийн ФТХ-ийн эрдэм шинжилгээний тэргүүлэх ажилтан

2016.02.14

Илүү дэлгэрэнгүй мэдээллийг http://www.ipt.ac.mn/ сайтаас авах боломжтой. 

Нийтэлсэн М.Амгалан