08 Apr 2023: UPSC Mains Daily Answer Writing

Que. Elaborate on the salient features of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). What advantages will India's science and technology industry gain from setting up LIGO in the country?
(GS-3, Science and Technology, 150 words, 10 marks)

प्रश्न: लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) की मुख्य विशेषताओं पर विस्तार से चर्चा करें। देश में LIGO की स्थापना से भारत के विज्ञान और प्रौद्योगिकी उद्योग को क्या लाभ होगा?
(जीएस-3, विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी, 150 शब्द, 10 अंक)

Approach:

• Introduce your answer by describing LIGO and providing a context for the question.
• In the body mention its salient features and advantages to India in science and technology from the setting up of LIGO-India.
• Conclude your answer appropriately.

Model Answer:

LIGO, or Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, is an international network of laboratories meant to detect gravitational waves. These waves are the ripples in space-time produced by the movement of large celestial bodies like stars and planets. The government of India has approved the setting up of LIGO-India in Maharashtra. The observatory will be the third of its kind, made to the exact specifications of the twin LIGO observatories in Louisiana and Washington in the U.S.

Salient Features of Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO):

• The LIGO project is based on Albert Einstein’s General Theory of Relativity, which encapsulates the current understanding of how gravitation works.
• The LIGO is a giant L-shaped instrument. Each arm of the ‘L’ is 4 km long.
• Two laser pulses are shot through each arm simultaneously and they bounce off a mirror at the end to return to the vertex. A detector checks whether the pulses return at the same time.
• When a gravitational wave passes through the detector, the pulses are slightly out of time. Researchers use this and other signals to detect, record, and study gravitational waves.
• LIGOs are designed to measure changes in distance that are several orders of magnitude smaller than the length of the proton.
• Gravitational waves were first discovered in 2015 by two LIGOs based in the United States. Until now, at least 10 events producing gravitational waves have been detected.
• While two LIGOs can study gravitational waves, a third observatory is required to better triangulate the location of a source in the sky.

Advantages for India’s science and technology industry from setting up of LIGO:

• Opportunity for becoming a global site of gravitational physics research: Setting up LIGO will aid in the training of Indian scientists. The handling of precision technologies and sophisticated control systems will help in cementing India’s reputation for successfully running an experimental Big Science project.
• Development of cutting-edge technology: The LIGO-India Project will foster the Indian industry to develop the civil and vacuum infrastructure required to set up the LIGO-India Detector.
  • The LIGO project will also enhance the capacity of Indian industry in the production of high-power lasers, precision optics, and control systems with Artificial Intelligence.
• Will lead to the development of Quantum Engineering: The LIGO detectors are also the most cited examples of quantum engineering. The technological development of quantum-enhanced sensing was driven by the need for more sensitive astronomical instruments.
  • The project can accelerate research in the fields of quantum computing, quantum communication, quantum materials, and quantum sensing, a field that India wants to lead.
• Can help in digging deeper into the realm of gravitational waves: Setting up the LIGO-India Project will accelerate the possibility of detecting gravitational waves by 20 times due to the position of the sky from India.
• It can redefine Indian society’s relationship with science: LIGO-India can build a facility that contributes to the communities and engage in good faith in concerns about access to land and other resources. It can conduct public outreach on par with the international LIGO Scientific Collaboration.

Therefore, laying the foundation of the LIGO India Detector in the G20 year will be the right signal to the world that India means business in taking leadership in future deep technologies. A cutting-edge project will also motivate and inspire young students and scientists to conduct research on new technologies.

दृष्टिकोण:

• LIGO का वर्णन करके और प्रश्न के लिए एक संदर्भ प्रदान करके अपने उत्तर का परिचय दें।
• मुख्य भाग में LIGO-इंडिया की स्थापना से विज्ञान और प्रौद्योगिकी में भारत को इसकी मुख्य विशेषताओं और लाभों का उल्लेख करें।
• अपने उत्तर का उचित समापन करें।

मॉडल उत्तर:

LIGO, या लेज़र इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी, गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने के लिए प्रयोगशालाओं का एक अंतरराष्ट्रीय नेटवर्क है। ये तरंगें तारों और ग्रहों जैसे बड़े खगोलीय पिंडों की गति से उत्पन्न स्पेस-टाइम में तरंगें हैं। भारत सरकार ने महाराष्ट्र में LIGO-इंडिया की स्थापना को मंजूरी दे दी है। ये वेधशाला अपनी तरह की तीसरी होगी, जिसे लुसियाना और वाशिंगटन में जुड़वां LIGO वेधशालाओं के सटीक विनिर्देशों के लिए बनाया गया है।

लेजर इंटरफेरोमीटर ग्रेविटेशनल-वेव ऑब्जर्वेटरी (LIGO) की प्रमुख विशेषताएं:

• LIGO प्रोजेक्ट, अल्बर्ट आइंस्टीन के ‘सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत’ पर आधारित है, जो गुरुत्वाकर्षण कैसे काम करता है, इसकी वर्तमान समझ को समाहित करता है।
• LIGO एक विशाल L-आकार का उपकरण है। 'L' की प्रत्येक भुजा 4 किमी लंबी है।
• दो लेज़र पल्स को प्रत्येक भुजा से एक साथ शूट किया जाता है और वे शीर्ष पर लौटने के लिए अंत में एक दर्पण से टकराते हैं। एक डिटेक्टर जांचता है कि पल्स एक ही समय में वापस आती हैं या नहीं।
• जब एक गुरुत्वीय तरंग डिटेक्टर से होकर गुजरती है, तो पल्स थोड़ा समय से बाहर हो जाते हैं। शोधकर्ता इसका और अन्य संकेतों का पता लगाने, रिकॉर्ड करने और गुरुत्वाकर्षण तरंगों का अध्ययन करने के लिए उपयोग करते हैं।
• LIGO को दूरी में परिवर्तन को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो प्रोटॉन की लंबाई की तुलना में परिमाण के कई क्रम छोटे हैं।
• संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थित दो LIGO द्वारा पहली बार 2015 में गुरुत्वाकर्षण तरंगों की खोज की गई थी। अब तक, गुरुत्वाकर्षण तरंगों को उत्पन्न करने वाली कम से कम 10 घटनाओं का पता लगाया गया है।
• जबकि दो LIGO गुरुत्वीय तरंगों का अध्ययन कर सकते हैं, आकाश में स्रोत के स्थान को बेहतर ढंग से त्रिकोणित करने के लिए एक तीसरी वेधशाला की आवश्यकता होती है।

LIGO की स्थापना से भारत के विज्ञान और प्रौद्योगिकी उद्योग को लाभ:

• गुरुत्वाकर्षण भौतिकी अनुसंधान का वैश्विक स्थल बनने का अवसर: LIGO की स्थापना से भारतीय वैज्ञानिकों के प्रशिक्षण में सहायता मिलेगी। सटीक तकनीकों और परिष्कृत नियंत्रण प्रणालियों के संचालन से प्रयोगात्मक बिग साइंस प्रोजेक्ट को सफलतापूर्वक चलाने के लिए भारत की प्रतिष्ठा को मजबूत करने में मदद मिलेगी।
• अत्याधुनिक तकनीक का विकास: LIGO-इंडिया प्रोजेक्ट भारतीय उद्योग को LIGO-इंडिया डिटेक्टर स्थापित करने के लिए आवश्यक सिविल और वैक्यूम बुनियादी ढांचे को विकसित करने के लिए बढ़ावा देगा।
  • LIGO प्रोजेक्ट, आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस के साथ उच्च-शक्ति वाले लेजर, सटीक प्रकाशिकी (Precision Optics) और नियंत्रण प्रणालियों के उत्पादन में भारतीय उद्योग की क्षमता को भी बढ़ाएगी।
• क्वांटम इंजीनियरिंग के विकास में सहायक: LIGO डिटेक्टर भी क्वांटम इंजीनियरिंग के सबसे उद्धृत उदाहरण हैं। क्वांटम-संवर्धित सेंसिंग (Quantum-Enhanced Sensing) का तकनीकी विकास अधिक संवेदनशील खगोलीय उपकरणों की आवश्यकता से संचालित था।
  • यह प्रोजेक्ट क्वांटम कंप्यूटिंग, क्वांटम संचार, क्वांटम सामग्री और क्वांटम सेंसिंग के क्षेत्र में अनुसंधान को गति दे सकती है, एक ऐसा क्षेत्र जिसका भारत नेतृत्व करना चाहता है।
• गुरुत्वीय तरंगों के दायरे में गहराई तक जाने में सहायक: LIGO-इण्डिया प्रोजेक्ट की स्थापना से भारत से आकाश की विशेष स्थिति के कारण गुरुत्वीय तरंगों का पता लगाने की संभावना 20 गुना बढ़ जाएगी।
• विज्ञान के साथ भारतीय सामाजिक संबंधों को पुनर्परिभाषित करना: LIGO-इण्डिया एक ऐसी सुविधा का निर्माण कर सकता है, जो समुदायों के लिए योगदान करती है और भूमि और अन्य संसाधनों तक पहुंच के बारे में अच्छी नीयत से काम करती है। यह अंतर्राष्ट्रीय LIGO वैज्ञानिक सहयोग के समान सार्वजनिक पहुंच का संचालन कर सकता है।

इस प्रकार, जी20 के अध्यक्षता वर्ष में LIGO इंडिया डिटेक्टर की नींव रखना दुनिया के लिए सही संकेत होगा कि भारत का मतलब भविष्य की गंभीर प्रौद्योगिकियों में नेतृत्व करने का व्यवसाय है। एक अत्याधुनिक प्रोजेक्ट युवा छात्रों और वैज्ञानिकों को नई तकनीकों पर शोध करने के लिए प्रेरित भी करेगी।

Note:
1. Kindly upload only a scanned pdf copy of your answer. Simple photographs of the answer will not be evaluated!
2. Write your NAME at the top of the answer sheet. Answer sheets without NAME will not be evaluated, in any case.