Làsers

 

La "amplificació de llum per emissió estimulada de radiació" (làser per a entendre'ns) genera radiació electromagnètica com la llum visible però d'una forma especial. Pots pensar en aquesta radiació com un feix de partícules de llum, anomenades fotons. Els fotons no tenen massa i viatgen tan ràpid com és físicament possible. La llum del Sol tarda només 8 minuts a arribar fins a nosaltres, i només tarda 1.3 segons per a viatjar des de la Terra a la Lluna.

La llum pot tenir un "color" determinat per la seva longitud d'ona i inclús pot ser invisible. La longitud d'ona és inversament proporcional a l'energia dels fotons, la qual cosa significa que a mesura que la longitud d'ona és més curta, l'energia augmenta. La longitud d'ona típica de la llum visible és tan curta que pot mesurar-se en nanòmetres (símbol nm), una milmilionèsima de metre!

Sistema làser de GEO 600

Sistema làser de GEO 600. Crèdits: Albert Einstein Institute Hannover

La majoria dels llums o altres fonts de llum generen una mescla de fotons amb longituds d'ona diferents, que viatgen en diferents direccions. Un làser és un tipus molt especial de font de llum perquè pot fer que tots els fotons vagen en sintonia, de manera que tots tenguin exactament la mateixa longitud d'ona i vagin exactament en la mateixa direcció. Això pot ser útil per a moltes aplicacions, com per exemple, si es necessita un feix de llum molt estret.

Tots els dies utilitzem làsers sense donar-nos compte. De fet, pots trobar làsers en qualsevol part de la teva casa. Els reproductors DVD usen un làser vermell (640 nm), el reproductor Blu-ray utilitza un làser blau-violeta (405 nm) i el teu ordinador també usa un làser per a llegir i gravar CDs. Els làsers de robí (694 nm) s'utilitzen per a eliminar tatuatges, altres làsers s'utilitzen per a realitzar operacions d'ulls, per a llegir codis de barres, per a mesurar la grandària de les habitacions i la llista segueix i segueix...

Ens agrada usar làsers per a realitzar mesures precises: ja que els feixos no s'eixamplen gaire encara que recorrin llargues distàncies, són fonts de llum molt bones per a usar-les en interferometria. Un interferòmetre pren un feix de llum i el divideix, després el recombina i a partir del patró d'interferència es pot mesurar quant més ha viatjat un feix respecte a l'altre (veure la secció sobre interferòmetres). Així i tot, per a fer totes aquestes mesures ens hem d'assegurar de que els feixos de llum són encara feixos quan es recombinen! Prova d'apuntar una llanterna cap a la paret. El que aconseguiràs és una gran taca blanca de llum. Si vas caminant cap arrere, podràs anar veient com la taca creix i cada vegada és més difícil distingir el contorn. Si t'allunyes prou de la paret, no seràs capaç de distingir cap tipus de forma. Ara repeteix això amb un punter làser. Observa com et pots moure fins a l'altre extrem de l'habitació i la grandària de la taca a penes canvia. Hi ha moltes raons per les quals ens encanta usar làsers per als nostres experiments i aquesta és una d'elles.

Els làsers poden proporcionar un feix de llum molt concentrat i sense soroll, mitjançant un procés anomenat "emissió estimulada". Fes una ullada a l'animació interactiva "Emissió Estimulada" per a aprendre com funciona un làser:

Els detectors d'ones gravitacionals solen utilitzar un làser especial amb una longitud d'ona de 1064 nm. Encara que per a nosaltres són invisibles, poden causar danys permanents als ulls, així que assegura't d'usar ulleres protectores! Els punters làser que s'utilitzen en les presentacions tenen menys d'1 mil·liwatt de potència, una gravadora de CD/DVD n'usa un de 100 mil·liwatts a 250 mil·liwatts i els làsers industrials que s'utilitzen per a tallar requereixen d'uns 1.5 quilowatts. La potència del feix làser principal d'un detector d'ones gravitacionals no pot ser ni molta ni poca: si és massa baixa la intensitat fluctuarà massa, fent que la sensibilitat siga massa baixa. D'altra banda, si la potència és massa gran podria desplaçar als miralls del nostre interferòmetre del lloc correcte, la qual cosa faria canviar el recorregut de tornada dels feixos i els feixos no interferirien! I sense interferències no hi ha possibilitat de detectar ones gravitacionals.