Австралийские учёные создали сверхточное покрытие для новых детекторов гравитационных волн
- Команда Австралийского национального университета за три года разработала два оптических элемента для модернизированных детекторов LIGO.
- Светоделители диаметром 45 сантиметров получили покрытия с точностью толщины до 1–2 нанометров; для производства создали восемь автоматизированных систем.
- ANU — одна из двух групп в мире, способных изготавливать покрытия для гравитационно-волновой астрономии.
Почему это важно: Покрытия должны снизить шум и помочь LIGO регистрировать более слабые волны от более далёких столкновений чёрных дыр и нейтронных звёзд.
Учёные Австралийского национального университета (ANU) разработали оптические покрытия для модернизированных детекторов LIGO, предназначенных для регистрации гравитационных волн от столкновений чёрных дыр и нейтронных звёзд.
Три года команда совершенствовала технологию нанесения покрытий и создала два специализированных оптических элемента, через которые проходит лазерный луч интерферометра.
Гравитационная волна, проходящая через детектор, изменяет расстояния между его зеркалами на величину порядка одной миллионной от одной миллиардной ширины человеческого волоса. Чтобы заметить такое изменение, LIGO использует чрезвычайно стабильный лазерный луч. Поэтому даже микроскопические оптические дефекты или неточности покрытия могут добавить шум и скрыть слабый сигнал. Новые покрытия должны уменьшить эти помехи и позволить детектору регистрировать более слабые волны от более далёких источников.
Каждый изготовленный в ANU светоделитель представляет собой диск диаметром 45 сантиметров из сверхчистого стекла массой более 20 кг. На одну его поверхность нанесли покрытие, которое с высокой точностью делит лазерный луч пополам, а на другую — покрытие с чрезвычайно низкой отражательной способностью. Его эффективность в подавлении отражения более чем в 1000 раз выше, чем у обычной линзы очков. Толщину покрытия необходимо контролировать с точностью почти до одного атомного слоя: по всей поверхности длиной почти полметра допустимая разница составляет всего 1–2 нанометра.
Для достижения такой точности ANU пришлось разработать 8 автоматизированных систем для очистки, измерения и перемещения оптики без контакта с человеком. Даже мельчайшая пылинка или дефект поверхности способен испортить результат, поэтому работы проводили в новой чистой комнате ANU Research School of Physics с требованиями к чистоте, сопоставимыми с производством современных полупроводников. По данным университета, ANU — одна из всего двух групп в мире, способных изготавливать покрытия, соответствующие требованиям гравитационно-волновой астрономии.
Модернизация позволит LIGO регистрировать больше событий и более слабые сигналы от более далёких столкновений компактных объектов. Это особенно важно для изучения чёрных дыр и нейтронных звёзд: гравитационные волны дают информацию об их слияниях независимо от электромагнитного излучения. Первую такую волну человечество зарегистрировало в 2015 году, подтвердив предсказание Эйнштейна столетней давности, теперь дальнейшее повышение чувствительности детекторов упирается в технологии, способные подавить шум на уровне нескольких атомных слоёв.
© iXBT
