Дослідники Австралійського національного університету розробили надзвичайно точні оптичні покриття для детекторів LIGO, які використовують для пошуку гравітаційних хвиль від зіткнень чорних дір і нейтронних зір.
Над технологією команда працювала близько трьох років. Нові покриття нанесуть на два спеціальні світлодільники LIGO — великі оптичні елементи, які мають допомогти підвищити чутливість детекторів після модернізації.
Гравітаційні хвилі є крихітними коливаннями простору-часу, які виникають під час найпотужніших космічних подій. Уперше їх безпосередньо зафіксували у 2015 році. Відтоді вони стали новим інструментом для дослідження Всесвіту.
Найпростіше LIGO можна уявити як гігантську космічну лінійку для вимірювання неймовірно малих змін відстані.
Як це працює
- LIGO має два довгі тунелі, розташовані під прямим кутом. Кожен має довжину близько 4 км.
- Лазер розділяють на два промені. Один промінь іде одним тунелем, другий — іншим. Вони відбиваються від дзеркал і повертаються назад.
- Промені зустрічаються. У нормальних умовах їхні світлові хвилі взаємодіють так, що детектор бачить стабільний сигнал.
- Повз Землю проходить гравітаційна хвиля — наприклад, від зіткнення двох чорних дір. Вона на мить розтягує простір в одному напрямку і стискає в іншому.
- Через це один промінь проходить трохи більшу відстань, а інший — трохи меншу. Зміна настільки крихітна, що її практично неможливо уявити.
- LIGO фіксує цю різницю за зміною картини лазерного світла. За нею вчені можуть визначити, що через Землю пройшла гравітаційна хвиля.
Тобто LIGO не «бачить» чорну діру безпосередньо. Він реєструє крихітне викривлення простору, яке виникло під час космічної події.
А нові надточні покриття, про які йшлося у статті, потрібні для того, щоб лазер працював ще чистіше, а детектор міг помічати ще слабші сигнали.
Точність нових компонентів вражає. Діаметр кожного світлодільника становить 45 сантиметрів, а товщина покриття по всій поверхні має відрізнятися лише на кілька нанометрів. Один бік елемента ділить лазерний промінь практично навпіл, а спеціальне покриття з іншого боку мінімізує небажані відбиття світла.
Це критично важливо для LIGO, адже детектори повинні фіксувати зміни відстані, які у мільйон разів менші за мільярдну частину товщини людської волосини. Будь-які мікроскопічні дефекти оптики можуть створювати зайвий шум і заважати вимірюванням.
Для досягнення необхідної точності ANU розробив вісім автоматизованих систем очищення, вимірювання та переміщення компонентів без контакту з людиною. Роботи проводили у спеціальній чистій кімнаті, за стандартами, близькими до тих, що використовують у виробництві сучасних напівпровідників.
Після модернізації LIGO зможе виявляти слабші гравітаційні сигнали та «бачити» події на більших відстанях. Це дозволить ученим детальніше вивчати чорні діри, нейтронні зорі та інші екстремальні об’єкти Всесвіту.