Σε ένα συνέδριο στην Ιαπωνία πριν από μερικά χρόνια, Ντέιβιντ Ντάνσκι παρακολούθησε μια ομιλία για τα βαρυτικά κύματα, τους κυματισμούς στο ύφασμα του χωροχρόνου που δημιουργούνται όταν τεράστια αντικείμενα όπως αστέρια και μαύρες τρύπες επιταχύνονται.

Ο Ντάνσκι ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στη σωματιδιακή φυσική εκείνη την εποχή, και τα ενδιαφέροντά του φαινομενικά βρισκόταν αλλού. Οι φυσικοί των σωματιδίων αναζητούν την πιο θεμελιώδη αλήθεια που στηρίζει τους φυσικούς κανόνες που γνωρίζουμε. Χρησιμοποίησαν εδώ και καιρό επιταχυντές σωματιδίων υψηλής ενέργειας για να δοκιμάσουν τις ιδέες τους. Συντρίβοντας σωματίδια μαζί σε ανεξιχνίαστες ενέργειες, αυτοί οι επιστήμονες μπορούν να ανακαλύψουν τα δομικά στοιχεία των δομικών στοιχείων - τα φαινόμενα υψηλής ενέργειας που συμβαίνουν σε κλίμακες μικρής απόστασης. Αυτά τα φαινόμενα μας λένε επίσης για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος όταν ήταν μικροσκοπικό, πυκνό και απίστευτα ζεστό.

Αλλά ο Dunsky έμαθε στην ομιλία ότι μελλοντικά παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων, όπως η προτεινόμενη διαστημική κεραία συμβολόμετρου λέιζερ (LISA) θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση της φυσικής υψηλής ενέργειας. Το LISA θα είναι ικανό να ανιχνεύει υποθετικά αντικείμενα που ονομάζονται κοσμικές χορδές, τεράστιες δέσμες συγκεντρωμένης ενέργειας που θα μπορούσαν να έχουν προκύψει κατά τη γέννηση του σύμπαντος. «Παρακόλλησα στην προσπάθεια να κατανοήσω τα σήματα βαρυτικών κυμάτων από το πρώιμο σύμπαν», είπε ο Dunsky, ο οποίος είναι τώρα κοσμολόγος και φυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, «και πώς θα μπορούσαν να μας πουν για τη φυσική πολύ, πολύ υψηλής ενέργειας δυνητικά μακριά. πέρα από αυτό που μπορούμε να ανιχνεύσουμε αυτήν τη στιγμή με έναν επιταχυντή».

Η στροφή του προς τα βαρυτικά κύματα ως δρόμο προς τα εμπρός για τη σωματιδιακή φυσική αποτελεί παράδειγμα ενός διευρυνόμενου ενδιαφέροντος για το μελλοντικό πείραμα LISA και, ίσως, μια ευρύτερη μετατόπιση. Δώδεκα χρόνια έχουν περάσει από την τελευταία σημαντική ανακάλυψη σε έναν επιταχυντή σωματιδίων. Η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) το 2012 ολοκλήρωσε το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων, την κυρίαρχη θεωρία των γνωστών στοιχειωδών σωματιδίων και δυνάμεων. Και ενώ οι θεωρητικοί σκέφτηκαν από τότε έναν ζωολογικό κήπο με πιθανές θεωρίες που επεκτείνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο, δεν είναι σαφές ότι μπορούμε να κατασκευάσουμε επιταχυντές ικανούς να δοκιμάσουν αυτές τις ιδέες.

«Οι άνθρωποι μιλούν για την κατασκευή συγκρουόμενων τα επόμενα 50 χρόνια που είναι 10 φορές πιο ισχυροί από τον LHC από άποψη ενέργειας», είπε. Raman Sundrum, θεωρητικός φυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ. Ωστόσο, η δοκιμή μεγάλων ενοποιημένων θεωριών, που ανιχνεύουν τις τρεις δυνάμεις του Καθιερωμένου Μοντέλου σε μια ενιαία υποκείμενη δύναμη που λειτουργεί σε μικρότερες αποστάσεις, «φαίνεται να παίρνει έναν επιταχυντή που έχει 10 δισεκατομμύρια φορές την ενέργεια του LHC», είπε.

Αυτό που δεν μπορούμε να παράγουμε σε έναν επιταχυντή, ίσως μπορούμε να παρατηρήσουμε στη φύση. Συγκεκριμένα, οι απαντήσεις μπορεί να βρίσκονται στους βαρυτικούς απόηχους των διαδικασιών που εκτυλίχθηκαν στις πρώτες στιγμές της δημιουργίας, όταν το σύμπαν ήταν τόσο ενεργητικό που η φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο θα βασίλευε.

Αυτή είναι η ελπίδα των σωματιδιακών φυσικών όπως ο Dunsky και ο Sundrum, που τώρα αναζητούν τη LISA για να δοκιμάσουν τις θεωρίες τους. Η ιδέα της αποστολής αναπτύχθηκε για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 1980 και προτάθηκε επίσημα στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) την επόμενη δεκαετία. Το έργο συνεχίστηκε σε συνεργασία με τη NASA για ένα διάστημα, αλλά οι Αμερικανοί υποχώρησαν το 2011 λόγω προβληματισμών για τον προϋπολογισμό, αναγκάζοντας την Ευρώπη να προχωρήσει μόνη της. Αυτόν τον Ιανουάριο, ωστόσο, η LISA πήρε επιτέλους το πράσινο φως από την ESA, η οποία βρίσκει τώρα συνεργάτες του κλάδου για να ξεκινήσει την κατασκευή. Η ανακοίνωση έρχεται μετά την ηχηρή επιτυχία το 2015 και το 2016 μιας πιλοτικής αποστολής, του LISA Pathfinder, η οποία δοκίμασε τις βασικές τεχνολογίες του μελλοντικού παρατηρητηρίου.

Το LISA έχει πλέον προγραμματιστεί να πετάξει τη δεκαετία του 2030. Για τέσσερα χρόνια, η συστοιχία τριών δορυφόρων του θα πέφτει στο διάστημα σε ένα ισόπλευρο τρίγωνο πλάτους περίπου εκατομμυρίων μιλίων, αναπηδώντας λέιζερ από τους χρυσούς κύβους που διατηρούνται σε τέλεια ελεύθερη πτώση σε κάθε σκάφος για να αισθάνονται κυματισμοί στο χωροχρόνο.

«Για πρώτη φορά, μπορεί να πάρουμε κάτι απευθείας από εκείνη την πολύ πρώιμη εποχή» του σύμπαντος, είπε Ιζαμπέλ Γκαρσία Γκαρσία, σωματιδιακός φυσικός και κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον. Εάν η LISA μπορεί πραγματικά να συλλάβει αρχέγονα βαρυτικά κύματα, πρόσθεσε, θα είναι η πρώτη μας ματιά στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. «Από την άποψη της σωματιδιακής φυσικής, αυτό είναι προφανώς απίστευτα συναρπαστικό».

Τυχερή LISA

Εάν πράγματι ο LISA καταφέρει να ανιχνεύσει αρχέγονα βαρυτικά κύματα κάποια στιγμή την επόμενη δεκαετία, αυτό θα οφείλεται σε ένα εγκεφαλικό επεισόδιο εξαιρετικής κοσμικής τύχης.

Κανένα τηλεσκόπιο δεν θα αποκαλύψει ποτέ τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας. Τα τηλεσκόπια βλέπουν το παρελθόν του σύμπαντος ανιχνεύοντας φως που ταξιδεύει από μακριά. Αλλά τα πρώτα 380,000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη κρύβονται πίσω από ένα είδος κοσμικής κουρτίνας. Τότε, το σύμπαν ήταν γεμάτο με ιονισμένο πλάσμα που διασκόρπισε φωτόνια, καθιστώντας το αδιαφανές στο φως.

Σε αντίθεση με το φως, τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν να κυματίζουν ελεύθερα στο πρώιμο σύμπαν. Τα υπάρχοντα επίγεια παρατηρητήρια όπως το LIGO και το Virgo πιθανότατα δεν είναι ευαίσθητα σε αυτά τα αρχέγονα κύματα. Αλλά η LISA μπορεί να είναι σε θέση να ακούσει τι συνέβη στη σκηνή πριν σηκωθεί η κοσμική αυλαία.

«Είναι σαν να ακούς κάτι στην ομίχλη», είπε ο Sundrum.

Όπως τα επίγεια παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων, το LISA θα ανιχνεύσει κυματισμούς στο χωροχρόνο χρησιμοποιώντας λέιζερ για να μετρήσει με ακρίβεια την απόσταση κατά μήκος των «βραχίων» του - σε αυτή την περίπτωση, τις γραμμές στον κενό χώρο μεταξύ των τριών διαστημικών σκαφών στον τριγωνικό αστερισμό του. Όταν περνά ένα βαρυτικό κύμα, τεντώνεται και συστέλλεται ο χωροχρόνος. Αυτό δημιουργεί μια μικρή διαφορά στα μήκη των βραχιόνων του LISA, τα οποία το όργανο μπορεί να ανιχνεύσει παρακολουθώντας την κακή ευθυγράμμιση των κορυφών και των κατώτατων σημείων των ακτίνων λέιζερ του. Αφαιρούμενο από το θορυβώδες περιβάλλον της Γης, το LISA θα είναι πολύ πιο ευαίσθητο από τα υπάρχοντα συμβολόμετρα όπως το LIGO, το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση συγκρούσεων μαύρης τρύπας και άστρων νετρονίων. Θα είναι επίσης πολύ μεγαλύτερο. καθένας από τους βραχίονες του θα είναι σχεδόν 400 φορές μεγαλύτερος από την ακτίνα της Γης.

Ακόμα κι έτσι, οι αλλαγές στην απόσταση που θα αισθανθεί το LISA είναι εξαιρετικά μικρές — περίπου 50 φορές μικρότερες από ένα άτομο. «Είναι πολύ τρελό concept, αν το καλοσκεφτείς», είπε Nora Lützgendorf, αστροφυσικός στην ESA και επιστήμονας του έργου LISA.

Το μέγεθος και η ευαισθησία του LISA θα του επιτρέψουν να παρατηρήσει βαρυτικά κύματα που είναι πολύ μεγαλύτερα από αυτά που παρατηρούνται από επίγεια συμβολόμετρα. Το LIGO μπορεί να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα με μήκη κύματος μεταξύ περίπου 30 και 30,000 χιλιομέτρων, αλλά το LISA μπορεί να ανιχνεύσει κύματα που κυμαίνονται σε μήκος από μερικές εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα έως μερικά δισεκατομμύρια. Αυτό θα επιτρέψει στον LISA να ακούσει αστροφυσικά γεγονότα που τα επίγεια παρατηρητήρια δεν μπορούν να «ακουστούν», όπως οι συγχωνεύσεις υπερμεγέθων μαύρων τρυπών (σε αντίθεση με τις μαύρες τρύπες μεγέθους αστεριών). Και η ζώνη μήκους κύματος του LISA συμβαίνει επίσης να είναι ακριβώς το μέγεθος που περιμένουν οι φυσικοί από τα βαρυτικά κύματα που δημιουργούνται τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Η φυσική υψηλής ενέργειας στο πρώιμο σύμπαν δημιούργησε βαρυτικούς κυματισμούς, και καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν και το διάστημα τεντωνόταν, αυτά τα κύματα ανατινάχτηκαν σε τεράστιες διαστάσεις. Το LISA τυχαίνει να είναι απόλυτα έτοιμο να πιάσει τα κύματα που δημιουργήθηκαν στα πρώτα 10^-17 να 10^-10 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη — σχεδόν στην αρχή του χρόνου. Το μικρό άκρο αυτού του εύρους, 10^-17 δευτερόλεπτα, είναι μια περίοδος τόσο σύντομη που θα χωρούσε περίπου τόσες φορές σε ένα δευτερόλεπτο όσες τα δευτερόλεπτα χωρούσαν στην εποχή του σύμπαντος.

«Υπάρχει αυτή η ηρεμία», είπε Κιάρα Καπρίνι, θεωρητικός κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης και στο CERN. Υπάρχει μια αντιστοιχία μεταξύ «της ζώνης συχνοτήτων ανίχνευσης του LISA και αυτής της συγκεκριμένης εποχής στην εξέλιξη του σύμπαντος που σηματοδοτεί το σύνορο της γνώσης μας για τη φυσική των σωματιδίων».

Πέρα από το πρότυπο μοντέλο

Μέχρι εκείνα τα σύνορα, το Καθιερωμένο Μοντέλο κάνει εξαιρετική δουλειά εξηγώντας πώς το κοπάδι των 17 στοιχειωδών σωματιδίων του αλληλεπιδρούν με τρεις δυνάμεις: την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, την ισχυρή πυρηνική δύναμη και την ασθενή πυρηνική δύναμη. Όμως, παρά τις τεράστιες επιτυχίες του, κανείς δεν πιστεύει ότι αυτά τα σωματίδια και οι δυνάμεις είναι το κύριο και το τέλος της ύπαρξης.

Η θεωρία έχει τα ελαττώματά της. Για παράδειγμα, το μάζα του μποζονίου Higgs — το συστατικό του Καθιερωμένου Μοντέλου που καθορίζει τις μάζες άλλων σωματιδίων — είναι απογοητευτικά «αφύσικο.» Φαίνεται αυθαίρετο και αινιγματικά μικρό σε σύγκριση με τις πολύ μεγαλύτερες ενεργειακές κλίμακες του σύμπαντος. Επιπλέον, το Καθιερωμένο Μοντέλο δεν προσφέρει καμία εξήγηση για τη σκοτεινή ύλη, ούτε για την μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια που οδηγεί την επιταχυνόμενη επέκταση του χώρου. Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι η αντιύλη και η ύλη συμπεριφέρονται ακριβώς το ίδιο κάτω από τις τρεις δυνάμεις του Καθιερωμένου Μοντέλου — το οποίο προφανώς δεν είναι η πλήρης ιστορία, αφού η ύλη κυριαρχεί στο σύμπαν. Και μετά υπάρχει η βαρύτητα. Το Καθιερωμένο Μοντέλο αγνοεί εντελώς την τέταρτη θεμελιώδη δύναμη, η οποία πρέπει να περιγραφεί χρησιμοποιώντας τη δική του κατά παραγγελία θεωρία, τη γενική σχετικότητα.

«Έτσι πολλοί θεωρητικοί σαν εμένα προσπαθούν να συμπιέσουν λίγο το Καθιερωμένο Μοντέλο και να προσπαθήσουν να το επεκτείνουν», είπε ο Pierre Auclair, θεωρητικός κοσμολόγος στο Καθολικό Πανεπιστήμιο της Λουβέν στο Βέλγιο. Αλλά χωρίς πειραματικά στοιχεία με τα οποία να τις δοκιμάσουμε, αυτές οι εκτεταμένες θεωρίες παραμένουν, λοιπόν, θεωρητικές.

Ο Auclair είναι θεωρητικός. «Αλλά παρόλα αυτά, προσπαθώ να συνδεθώ με πειράματα όσο μπορώ», είπε. Αυτός είναι ένας λόγος που τον τράβηξε η LISA. «Αυτές οι προεκτάσεις συνήθως οδηγούν σε διαφορετικά ακραία γεγονότα στο πρώιμο σύμπαν», είπε.

Ο Γκαρσία Γκαρσία είπε επίσης ότι η υπόσχεση της LISA για παρατηρητικές αποδείξεις για τη φυσική υψηλής ενέργειας την οδήγησε να ξανασκεφτεί την καριέρα της - τα βαρυτικά κύματα θα μπορούσαν «να διερευνήσουν το πρώιμο σύμπαν με τρόπο που κανένα άλλο πείραμα δεν μπορεί», είπε. Πριν από μερικά χρόνια, άρχισε να μελετά τα βαρυτικά κύματα και πώς η φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο θα άφηνε τα δακτυλικά αποτυπώματα ανιχνεύσιμα από το LISA.

Πέρυσι, ο Γκαρσία Γκαρσία και οι συνεργάτες της δημοσιευμένη εργασία στην υπογραφή του βαρυτικού κύματος των τοίχων με φυσαλίδες — ενεργειακά εμπόδια μεταξύ των θυλάκων του διαστήματος που παγιδεύτηκαν σε διαφορετικές καταστάσεις καθώς το σύμπαν ψύχθηκε. Αυτή η ψύξη συνέβη καθώς το σύμπαν επεκτεινόταν. Ακριβώς όπως το νερό βράζει και μετατρέπεται σε ατμό, το σύμπαν πέρασε από μεταβάσεις φάσης. Στο Καθιερωμένο Μοντέλο, η μετάβαση φάσης κατά την οποία μια ενιαία, «ηλεκτροασθενής» δύναμη χωρίστηκε σε ξεχωριστές ηλεκτρομαγνητικές και ασθενείς δυνάμεις ήταν σχετικά ομαλή. Αλλά πολλές επεκτάσεις της θεωρίας προβλέπουν βίαια γεγονότα που άφησαν την κοσμική σούπα αφρισμένη και διαταραγμένη, είπε ο Dunsky, ο οποίος μελετά επίσης τοπολογικά ελαττώματα όπως τοιχώματα φυσαλίδων.

Τα κβαντικά πεδία που διαπερνούν το σύμπαν μας έχουν καταστάσεις ελάχιστης ενέργειας ή θεμελιώδεις καταστάσεις. Και καθώς το σύμπαν ψύχθηκε, αναπτύχθηκαν νέες, χαμηλότερης ενέργειας επίγειες καταστάσεις, αλλά ένα δεδομένο πεδίο δεν προσγειωνόταν πάντα αμέσως στη νέα του βασική κατάσταση. Μερικοί παγιδεύτηκαν στα τοπικά ενεργειακά ελάχιστα — ψευδείς βασικές καταστάσεις που φαίνονται μόνο σταθερές. Μερικές φορές, ωστόσο, ένα μικρό κομμάτι του σύμπαντος θα έφτανε σε κβαντική σήραγγα στην αληθινή κατάσταση, πυρήνωντας μια ταχέως διαστελλόμενη φυσαλίδα αληθινού κενού με χαμηλότερη ενέργεια από το εξωτερικό σύμπαν.

«Αυτές οι φυσαλίδες είναι πολύ ενεργητικές. κινούνται πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός λόγω αυτής της διαφοράς πίεσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού τους», είπε ο Dunsky. «Έτσι, όταν συγκρούονται, λαμβάνετε αυτή τη βίαιη σύγκρουση μεταξύ αυτών των δύο πολύ σχετικιστικών αντικειμένων, κάπως παρόμοια με το πώς οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν ισχυρά βαρυτικά κύματα ακριβώς πριν τη σύγκρουση».

Χορδές και τοίχοι

Πιο εικαστικά, οι μεταπτώσεις φάσης στο πρώιμο σύμπαν θα μπορούσαν επίσης να έχουν δημιουργήσει δομές που ονομάζονται κοσμικές χορδές και τοιχώματα περιοχής - τεράστιες κλώνες και φύλλα, αντίστοιχα, πυκνής ενέργειας.

Αυτές οι δομές προκύπτουν όταν η θεμελιώδης κατάσταση ενός κβαντικού πεδίου αλλάζει με τέτοιο τρόπο ώστε να υπάρχουν περισσότερες από μία νέες θεμελιώδεις καταστάσεις, καθεμία εξίσου έγκυρη. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ελαττώματα υψηλής ενέργειας κατά μήκος των συνόρων μεταξύ των θυλάκων του σύμπαντος που έτυχε να πέσουν σε διαφορετικές, αλλά εξίσου ευνοϊκές, βασικές καταστάσεις.

Η διαδικασία μοιάζει λίγο με τον τρόπο με τον οποίο ορισμένοι βράχοι αναπτύσσουν φυσικό μαγνητισμό καθώς ψύχονται, είπε ο Dunsky, ο οποίος το έκανε μελέτησε τα παρατηρήσιμα δακτυλικά αποτυπώματα της διαδικασίας. Σε υψηλές θερμοκρασίες, τα άτομα προσανατολίζονται τυχαία. Αλλά σε χαμηλές θερμοκρασίες, γίνεται ενεργειακά ευνοϊκό για αυτούς να ευθυγραμμιστούν μαγνητικά - η βασική κατάσταση αλλάζει. Χωρίς κάποιο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για τον προσανατολισμό των ατόμων, είναι ελεύθερα να ευθυγραμμιστούν με όποιο τρόπο. Όλες οι «επιλογές» είναι εξίσου έγκυρες και διαφορετικοί τομείς του ορυκτού θα κάνουν, κατά τύχη, διαφορετικές επιλογές. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από όλα τα άτομα κάμπτεται δραματικά στα όρια μεταξύ των περιοχών.

Ομοίως, τα κβαντικά πεδία σε διαφορετικές περιοχές του σύμπαντος «πρέπει να αλλάξουν γρήγορα στα όρια» αυτών των περιοχών, είπε, με αποτέλεσμα μεγάλες ενεργειακές πυκνότητες σε αυτά τα όρια που «σημαίνουν την παρουσία ενός τοιχώματος περιοχής ή κοσμικής χορδής».

Αυτές οι κοσμικές χορδές και τα τοιχώματα των περιοχών, αν υπάρχουν, θα είχαν εκτείνεται για να καλύπτουν σχεδόν ολόκληρο το σύμπαν καθώς το διάστημα διαστέλλεται. Αυτά τα αντικείμενα παράγουν βαρυτικά κύματα καθώς οι συστροφές διαδίδονται κατά μήκος τους και καθώς οι βρόχοι ταλαντώνονται και σχηματίζουν ακμές. Αλλά οι κλίμακες ενέργειας αυτών των κυμάτων είχαν ως επί το πλείστον καθοριστεί όπως τα αντικείμενα σχηματίστηκαν στις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. Και η LISA θα μπορούσε να τα εντοπίσει, αν υπάρχουν.

Απόηχοι της Δημιουργίας

Τα βαρυτικά κύματα που φτάνουν σε εμάς από το πολύ πρώιμο σύμπαν δεν θα φτάσουν με τακτοποιημένα κελαηδήματα, όπως τα σήματα των συγκρούσεων μαύρης τρύπας. Επειδή συνέβησαν τόσο νωρίς, τέτοια σήματα έχουν από τότε απλωθεί σε όλο το διάστημα. Θα αντηχούν από κάθε κατεύθυνση, από κάθε σημείο στο διάστημα, όλα ταυτόχρονα — ένα βαρυτικό βουητό φόντου.

«Ενεργοποιείς τον ανιχνευτή σου και είναι πάντα εκεί», είπε ο Γκαρσία Γκαρσία.

Τα μοτίβα σε αυτό το υπόβαθρο πιθανότατα «θα έμοιαζαν απλώς με θόρυβο στον μέσο άνθρωπο», είπε ο Sundrum. «Αλλά κρυφά, υπάρχει ένας κρυμμένος κωδικός».

Μια σημαντική ένδειξη θα είναι το φάσμα του σήματος φόντου — η ισχύς του σε διαφορετικές συχνότητες. Αν σκεφτούμε ένα σήμα βαρυτικού κύματος ως ήχο, το φάσμα του θα ήταν μια γραφική παράσταση του ύψους έναντι του όγκου. Ο αληθινά τυχαίος λευκός θόρυβος θα είχε ένα επίπεδο φάσμα, είπε ο Auclair. Αλλά τα βαρυτικά κύματα που εξαπολύονται κατά τη διάρκεια μεταπτώσεων φάσης ή εκπέμπονται από κοσμικές χορδές ή τοιχώματα περιοχής θα είναι πιο δυνατά σε συγκεκριμένες συχνότητες. Ο Auclair έχει εργαστεί στον υπολογισμό των φασματικών υπογραφών των κοσμικών χορδών, οι οποίες εκτοξεύουν βαρυτικά κύματα σε χαρακτηριστικά μήκη κύματος όταν εξελίσσονται οι στροφές και οι βρόχοι τους. Και η Καπρίνι μελέτες πώς οι βίαιες μεταπτώσεις φάσεων θα άφηναν το δικό τους σημάδι στο φόντο των βαρυτικών κυμάτων.

Μια άλλη προσέγγιση, την οποία ο Sundrum και οι συνάδελφοί του περιγράφεται το 2018 και πρόσφατα εκπονήθηκε, θα ήταν να προσπαθήσουμε να χαρτογραφήσουμε τη συνολική ένταση του φόντου στον ουρανό. Αυτό θα καθιστούσε δυνατή την αναζήτηση ανισοτροπιών, ή μπαλωμάτων που είναι λίγο πιο δυνατά ή πιο αθόρυβα από το μέσο όρο.

«Το πρόβλημα», είπε ο Caprini, «είναι ότι αυτού του είδους το σήμα έχει σχεδόν τα ίδια χαρακτηριστικά με τον θόρυβο του οργάνου. Οπότε το όλο ερώτημα είναι πώς να μπορέσουμε να το διακρίνουμε μόλις εντοπίσουμε κάτι».

Το LISA μοιάζει περισσότερο με μικρόφωνο παρά με τηλεσκόπιο. Αντί να κοιτάζει προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, θα ακούσει ολόκληρο τον ουρανό αμέσως. Θα ακούσει αρχέγονα βαρυτικά κύματα εάν υπάρχουν. Αλλά θα ακούσει επίσης τα κελαηδήματα και τα ουρλιαχτά της συγχώνευσης μαύρων οπών, των άστρων νετρονίων και των πολλών ζευγών λευκών νάνων αστέρων μέσα στον γαλαξία μας. Προκειμένου ο LISA να ανιχνεύσει ένα υπόβαθρο αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων, όλα τα άλλα σήματα θα πρέπει να εντοπιστούν προσεκτικά και να αφαιρεθούν. Το φιλτράρισμα του αληθινού σήματος από το πρώιμο σύμπαν θα είναι σαν να διαλέγεις τον ήχο ενός ανοιξιάτικου αεράκι σε ένα εργοτάξιο.

Αλλά ο Sundrum επιλέγει να είναι αισιόδοξος. «Δεν είμαστε τρελοί που κάνουμε την έρευνα», είπε. «Θα είναι δύσκολο για τους πειραματιστές. Θα είναι δύσκολο για το κοινό να πληρώσει για τα διάφορα πράγματα που πρέπει να γίνουν. Και θα είναι δύσκολο για τους θεωρητικούς να υπολογίσουν την πορεία τους πέρα ​​από όλες τις αβεβαιότητες και τα λάθη και το υπόβαθρο και ούτω καθεξής».

Ωστόσο, πρόσθεσε ο Sundrum, «φαίνεται ότι είναι δυνατό. Με λίγη τύχη."