ウェーバー・バー

ウェーバー・バー：幻の重力波検出装置

ウェーバー・バーは、メリーランド大学の物理学者ジョセフ・ウェーバーが開発した共振型重力波検出装置です。直径2mと1mのアルミニウム円筒で構成され、重力波を検出することを目指しました。1960年代後半、ウェーバーは自身の装置で重力波を検出したと主張しましたが、その後の追試では結果が再現されず、議論を呼びました。

ウェーバーの主張と実験

1968年、ウェーバーはフィジカル・レビュー・レターズ誌に、銀河系の中心から来る重力波を検出したと発表しました。彼は81日間で2箇所において約2ダースの一致する検出があったと報告し、一部の信号は非常に大きく、偶然である確率は100年から1000年に一度程度と計算しました。彼はこの結果を「重力波の有力な証拠」と述べました。さらに翌年、7ヶ月間で311の一致する検出があり、それが銀河の中心方向に集中していると発表しました。

もしウェーバーの主張が正しければ、重力波の発生源は、核反応を起こしている星や、重力収縮中の星の中での原子核の集団運動であると考えられました。

ウェーバーの実験のその後

しかし、ウェーバーの実験結果は、他の科学者による追試では再現されませんでした。2016年には、アメリカの研究チームが重力波の直接検出に成功したと発表しましたが、これはウェーバーの装置とは異なる方法によるものです。

また、ジョゼフ・テイラーらの連星パルサーの研究も重力波の存在を間接的に証明した重要な成果です。連星パルサーの公転周期が徐々に短くなっていることから、重力波によるエネルギー放出が示唆され、アインシュタインの一般相対性理論の予測とも一致しました。この研究により、テイラーは1993年にノーベル[[物理学賞]]を受賞しています。

ウェーバーの実験への批判と再評価

ウェーバーの実験は、その後の科学界で多くの議論を呼びました。特に1987年の超新星SN1987Aからの重力波検出の主張は、広く懐疑的に見られました。批判の焦点は、ウェーバーのデータ解析と、重力波検出の基準のあいまいさにありました。しかし、近年では彼の主張を再検討する必要があるという意見も出てきています。

ウェーバーの最初の「重力波アンテナ」はスミソニアン博物館で、二基目はLIGO・ハンフォード観測所で展示されています。

ウェーバー・バーの仕組み

ウェーバー・バーは、直径約90cm、長さ約1.5mのアルミニウム製円柱で、共振周波数1660Hzで振動するように設計されています。この円柱は、重力波によって微小に運動すると考えられました。

検出されるべき重力波は非常に微弱であるため、円柱の質量は大きく、中央部に設置された圧電センサーは、円柱の長さが約10×10⁻¹⁶m変動した場合でも検出できるよう、極めて高感度に作られています。

ウェーバーは、地球の雷、地震などのノイズの影響を排除するため、同じ装置を2つ作り、メリーランド大学とアルゴンヌ国立研究所に設置し、電話回線で接続しました。さらに、円盤と円筒を組み合わせたアンテナで研究を続けました。

重力波検出の妨げとなるノイズとして最も問題だったのは、アルミニウム原子の不規則な熱運動でした。この熱運動は、円柱の長さに10⁻¹⁶m程度の誤差を生じさせます。重力波の信号は非常に小さいため、このノイズを区別することが困難でした。

ウェーバーは、バックグラウンドノイズを超える小さな揺れをデータから探しましたが、その「閾値」を明確に定義しませんでした。

関連項目

重力波検出器
重力波

関連文献

Weber, Joseph (May 1972). “How I discovered Gravitational Waves”. Popular Science 200 (5): 106-107 & 190-192. ISSN 0161-7370.
Weber, J. (Jun 1968). “Gravitational-Wave-Detector Events”. Phys. Rev. Lett. 20 (23): 1307–1308.

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