LIGO spejlbelægninger får opgradering

Stanford -forskere vil lede en ny national samarbejdsindsats, LIGO Scientific Collaboration Center for Coatings Research, at forbedre detektering af gravitationsbølger ved de to LIGO -faciliteter.

LIGO, Laserinterferometer Gravitationsbølgeobservatorium, har et problem med skala:galakse-rystende hændelser som den nylig afslørede kollision mellem to neutronstjerner skete så langt væk, at ekkoerne tog 130 millioner år at rejse til vores planet. En kollision af sorte huller opdaget i 2015 var endnu længere, 1,3 milliarder lysår væk.

Da virkningerne af disse massive begivenheder når Jorden, de er små nok til, at de kun kan detekteres ved hjælp af det mest følsomme udstyr, forskere kunne udtænke. Ændringer i afstand (som detekteret over de vidtstrakte fire kilometer lange arme af LIGO) forårsaget af gravitationsbølger, sagde Stanford -forsker Riccardo Bassiri, er "tusind gange mindre end størrelsen af ​​en atomkerne."

Enhver "støj" eller molekylær uorden, der indføres af spejlene, kan helt skjule de svage signaler fra fjerne gravitationsbølgekilder.

"Det er ganske fantastisk, denne fire kilometer, massivt stykke maskiner-og belægningerne på spejlene spiller denne nøglerolle i, hvor mange gravitationsbølgehændelser vi kan observere, "Sagde Bassiri. Til sidst, følsomheden af ​​LIGOs massive interferometre er begrænset af atomskala vibrationer af molekyler i spejlene, der afspejler faciliteternes kraftige lasere. Disse vibrationer kaldes samlet Brownisk termisk støj. Ifølge Bassiri, det vil være den dominerende støjkilde, der begrænser LIGOs følsomhed, og en stor udfordring for fremtidige generationer af faciliteterne.

Målet med det nye center, bestående af 10 amerikanske institutioner og ledet på Stanford af Martin Fejer, professor i anvendt fysik, vil være at forbedre LIGOs følsomhed med bedre belægninger til dets interferometre. Forskere håber at have nye materialer klar til tiden til den næste opdatering af LIGO -faciliteterne om så snart tre år. Hvis de lykkes og halverer mængden af ​​termisk støj fra spejlbelægningerne, de kunne udvide det universets volumen, som LIGO kan observere otte gange i forhold til nuværende kapaciteter.

De pågældende belægninger består af flere lag, der ikke er større end et par hundrede nanometer i tykkelse hver - hundredvis af gange tyndere end et menneskehår. I fortiden, forskere har fulgt en iterativ proces, skabe en ny belægning og derefter teste den, håber at forbedre på tidligere versioner.

Gennem det nye center, Stanford vil være førende forskere og faciliteter i hele landet, hvad de håber vil være en mere målrettet tilgang. For eksempel, arbejder med samarbejdspartnere på SLAC National Accelerator Laboratory's Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, forskere kan inspicere nyudviklede spejlbelægninger på atomniveau.

Med denne kritiske masse af finansiering og deltagelse, "i stedet for at følge denne trial-and-error edisoniske tilgang, vi kan komme til en materialer-til-design proces, "Sagde Bassiri." I sidste ende, belønningen for at udvikle bedre belægninger til LIGO vil være at yderligere muliggøre udforskning af universet gennem gravitationsbølge -astronomi. "