Nyert a papírforma: fizikai Nobel a gravitációs hullámokért

Magyar kutatók is hozzájárultak a sikerhez. Szinte példátlan, hogy gyakorlatilag azonnal díjaznak egy tudományos eredményt.

Valójában a gravitációs hullámokat már a hetvenes években sikerült kimutatni – csakhogy nem közvetlenül. Forgó kettőscsillagok sebességét figyelve kiszámolták, hogy pontosan annyi energiát veszítenek, amennyi az elméletben létező gravitációs hullámoknak feletethető meg. Tehát matematikai bizonyítékok már évtizedek óta rendelkezésre állnak, de az ember már csak olyan, hogy amíg nem lát valamit a saját szemével (vagy legalább nem épít olyan gépet, amely közvetlenül is ki tudja mérni az adott jelenséget), addig nem tekint semmit „felfedezettnek”. Sok sikertelen próbálkozás után a kilencvenes években született meg a végül nyerőnek bizonyult ötlet, mely szerint hatalmas lézer-interferométereket kell építeni, amelyek hosszú karjaiban tükrök között pattog a lézerfény rengetegszer, így az effektív távolság, amelyet a fotonok megtesznek, hatalmassá válik. A két karban független lézerfény pattog mindaddig, míg egyszer csak keresztezik egymás útját, és interferencia jön létre közöttük. Ha a gravitációs hullámok hatására az interferométer karja akár csak minimálisan is megnyúlik, az eltérést fog okozni a lézerfény fázisában, és a keletkező interferencia is érzékelhetően megváltozik.

A LIGO (lézer-interferométeres gravitációshullám-obszervatórium) két telephelye az Egyesült Államok egymástól háromezer kilométeres távolságban lévő két pontján épült föl. A karjaik hossza négy kilométer, ezekben pattog a lézerfény négyszázszor, így az effektív út 1600 kilométerre nő. Frei Zsolt elmondta nekünk, hogy ők 2007-ben csatlakoztak a LIGO-együttműködéshez. Bár a siker gyorsasága mindenkit meglepett, akkorra a konzorcium már bizonyította, hogy az előre meghatározott ütemben képesek növelni az obszervatórium érzékenységét, és csökkenteni a zajszintet, így „a felfedezés csak idő kérdése volt”.

Maga az első gravitációs hullám, amelyet az emberiség észlelt (azóta már több is volt), mindössze 0,2 másodpercig tartott. Rengeteg dolgot megtudtak e rövid idő alatt a hullámot keltő, két összeolvadó fekete lyuk természetéről. Az egyikőjük 29-szerese, a másik 36-szorosa volt a Nap tömegének. Amikor elkezdődött a gravitációs hullám, még 600 kilométer távolságban volt a két fekete lyuk egymástól, és az összeolvadásig nyolcszor keringtek egymás körül.

Nem elhanyagolható a LIGO-hoz nyújtott magyar hozzájárulás sem. Hat kutató az ELTE-ről, három a Magyar Tudományos Akadémia debreceni atommagkutató intézetéből és hárman Szegedről vettek és vesznek részt a kutatásokban. Ők fejlesztik például azokat az infrahang-mikrofonokat, amelyek a detektorokba építve segítenek a külső zaj kiszűrésében, de az időmérő berendezések megalkotásából is részt vállaltak.

A történet pedig csak most kezdődött, a gravitációs hullámok létének igazolása a fizika új fejezetét nyitotta meg.

– Nagyon sok fizikus dolgozott két évtizeden keresztül azon, hogy megtaláljuk a gravitációs hullámokat, így ez nagy katarzis. De a programnak ez csak egy része. Hamarosan már heti rendszerességgel fogunk gravitációs hullámokat érzékelni, és ez teljesen új lehetőségeket nyit az asztrofizikában – értékelte a felfedezést tavaly Frei Zsolt. – Eddig a csillagászok csak elektromágneses sugárzást voltak képesek mérni. De számos objektum van az univerzumban, például a fekete lyukak, amelyek nem bocsátanak ki ilyen sugárzást. Ezek mostantól a gravitációs hullámok segítségével kutathatóvá válnak.