Interferometria

 

Per a detectar ones gravitacionals necessitam instruments extremadament precisos que puguen mesurar distàncies en escales diminutes. Una ona gravitacional afecta longituds en escales d'una milionèsima de bilionèsima de metre, així que necessitam un instrument que sigui prou sensible per a “veure-hi” a aquestes escales!

interferòmetre michelson

Un interferòmetre de Michelson és un aparell molt simple; consta només de tres miralls, un detector i una font de llum! Els miralls reflecteixen la llum de la font i el detector detecta la llum una vegada s'hi ha reflectit. Per descomptat, en mans dels científics, fins i tot quelcom tan simple pot arribar a convertir-se en quelcom molt complex, però així i tot podem tractar de comprendre'n la manera bàsica de funcionament.

La llum de la font arriba al primer mirall amb un cert angle. Atès que aquest mirall és semitransparent, la meitat de la llum s'hi reflecteix i se'n va en una altra direcció, mentre que l'altra meitat el travessa. A aquest primer mirall l'anomenam normalment “divisor de feix" perquè això és exactament el que fa: divideix el feix de llum en dos.

Així aconseguim dos feixos idèntics que s'allunyen del divisor de feix viatjant en direccions oposades. Els camins que segueixen aquests dos raigs s'anomenen els "braços" de l'interferòmetre. Al final de cada braç hi ha un altre mirall. Aquests "miralls finals" són totalment reflectors, per la qual cosa tota la llum que els arriba és reflectida de tornada cap al divisor de feix.

Ara arribam a la part realment interessant! Quan els feixos tornen al divisor, la meitat de cada un es reflecteix, i l'altra meitat el travessa, com abans. El més important és que ara els dos raigs INTERFEREIXEN... i és per aquest fet pel qual l'anomenam un INTERFERòmetre.

Les interferències ocorren cada vegada que col·loques una ona sobre una altra. Si les ones superposades tenen les seves crestes i les seves valls en el mateix punt, se sumaran per a fer una ona encara més gran. Això s'anomena interferència constructiva, ja que "construeix" una ona més gran. Però si la cresta d'una ona es troba en el mateix punt que la vall de l'altra ona, les ones s'anul·len i desapareixen. Això s'anomena "interferència destructiva", perquè pareix que les dues ones desapareixen. Per tant, quan s'uneixen dues ones, la grandària de l'ona resultant depèn de la diferència en les posicions dels màxims i els mínims de les dues ones originals.

Interferència

Sovint podem descriure la llum com formada per ones, per la qual cosa si juntes dos feixos de llum esperam veure-hi interferències, talment com en qualsevol altre tipus d'ones. Això és el que succeeix quan els dos feixos de llum tornen al divisor de feix i es recombinen. Obtenim un feix de llum que surt de l'interferòmetre amb una brillantor que depèn de la diferència en les posicions de les crestes i les valls de les ones que vénen dels dos braços. Les posicions de les crestes i valls provinents de cada braç depenen de la longitud exacta d'aquest braç. Així que si mesuram la potència del feix de llum que surt de l'interferòmetre podem veure el grau de coincidència entre les crestes i les valls en els dos braços i, per tant, podrem dir si hi ha alguna diferència en la longitud dels braços! Atès que la longitud d'ona de la llum que els forma és molt petita (al voltant d'una mil·lèsima de mil·límetre!), podem mesurar la diferència de longitud entre els dos braços de forma molt i molt precisa.

La potència de la llum a la sortida de l'interferòmetre de Michelson depèn de la diferència de longitud entre els seus dos braços. Fes una ullada a la nostra animació interactiva de l'interferòmetre de Michelson per a veure com funciona i com l'efecte de la interferència pot cancel·lar o augmentar les ones de llum: