Η επιστήμη των υλικών μπήκε για άλλη μια φορά στην εξερεύνηση του διαστήματος. Ερευνητές στο Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων συμβολόμετρου λέιζερ ( LIGO ) έχουν αναπτύξει μια επίστρωση που θα μπορούσε να αυξήσει την ευαισθησία του LIGO κατά σχεδόν μια τάξη μεγέθους. Αυτό θα αυξήσει το ποσοστό ανίχνευσης του βαρυτικά κύματα το αστεροσκοπείο αναζητά από περίπου μία φορά την εβδομάδα έως μία φορά την ημέρα, κυρίως λόγω του αυξημένου όγκου χώρου από τον οποίο τα παρεμβολόμετρα του παρατηρητηρίου θα μπορούν να συλλέγουν σήματα.
Μπορεί να είναι σοκαριστικό ότι κάτι τόσο απλό όσο μια επίστρωση θα μπορούσε να επηρεάσει δραματικά ένα επιστημονικό πείραμα, αλλά αυτό δεν ήταν απλώς μια απλή επίστρωση. Σχεδιάστηκε ειδικά για να μετατρέπει το γυαλί που τοποθετείται στο συμβολόμετρο του LIGO σε καθρέφτη. Η ύπαρξη ενός καθρέφτη υψηλής ανακλαστικότητας είναι απαραίτητη για την ύπαρξη ενός εξαιρετικά ευαίσθητου οργάνου, καθώς οι καθρέφτες αντανακλούν τις ακτίνες λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των ίδιων των βαρυτικών κυμάτων. Ωστόσο, οι επικαλύψεις που χρησιμοποιούνται για να κάνουν αυτούς τους καθρέφτες αντανακλαστικούς μπορούν να εισάγουν μια μικρή ποσότητα θορύβου στο όργανο που συνήθως προκαλείται από το ίδιο το υλικό που απορροφά κάποια θερμότητα από τη δέσμη. Δυστυχώς, στις ευαισθησίες που αναζητά η LIGO, αυτή η μικρή ποσότητα θορύβου θα μπορούσε να έχει μεγάλο αντίκτυπο στα αποτελέσματα.
Ένα από τα επικαλυμμένα κομμάτια γυαλιού σε δοκιμαστικό θάλαμο με κόκκινη δέσμη λέιζερ.
Πίστωση – CalTech
Ως εκ τούτου, η ανάπτυξη μιας καλύτερης επίστρωσης ήταν κεντρική στις προσπάθειες βελτίωσης της ευαισθησίας του LIGO. Τώρα, ο Gabriele Vajente, ανώτερος ερευνητής στο LIGO και το Caltech, πιστεύει ότι έχει μια λύση. Ίσως το πιο σημαντικό, έχει αναπτύξει ένα εργαλείο για την εξεύρεση καλύτερων λύσεων στο μέλλον.
Η τρέχουσα καλύτερη λύση που βρήκαν ο Δρ. Vajente και η ομάδα του είναι ένας συνδυασμός τιτανίου και οξειδίου του γερμανίου, το οποίο απορρόφησε καθοριστικά τη μικρότερη ποσότητα ενέργειας στον ίδιο τον καθρέφτη. Αυτή η απορρόφηση είναι η βασική αιτία του θορύβου που εισάγεται στο σύστημα. Λιγότερη απορρόφηση, επομένως, σημαίνει λιγότερος θόρυβος.
Εγκατάσταση του πειραματικού θαλάμου δοκιμών.
Πίστωση – CalTech
Η επίστρωση θα εφαρμοστεί στους καθρέφτες των 40 kg (88 lb) χρησιμοποιώντας μια τεχνική παρόμοια με την εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD). Τα άτομα γερμανίου και τιτανίου συνδυάζονται με οξυγόνο και στη συνέχεια εναποτίθενται απευθείας στον καθρέφτη.
Η δοκιμή της αποτελεσματικότητας της επίστρωσης είναι ένα εντελώς διαφορετικό θέμα. Συνήθως, η δοκιμή θα διαρκούσε πάνω από μία εβδομάδα, περιορίζοντας τον αριθμό των διαφορετικών συνδυασμών υλικών που θα μπορούσαν να δοκιμαστούν. Ο Δρ. Vajente και η ομάδα του ανέπτυξαν στη συνέχεια μια τεχνική όπου αυτός ο χρόνος δοκιμής θα ήταν πλήρως αυτοματοποιημένος και θα διαρκούσε περίπου οκτώ ώρες.
Βίντεο UT που περιγράφει την τελευταία εκστρατεία παρατήρησης του LIGO.
Αυτός ο γρήγορος χρόνος ανάκαμψης επέτρεψε στην ομάδα να επαναλάβει πολλές πιθανές δομές υλικού με τρόπους που προηγουμένως δεν ήταν δυνατός. Το αποτέλεσμα γερμάνιο και διοξείδιο τιτανίου Η επίστρωση θα μπορούσε ενδεχομένως να μειώσει τον θόρυβο στους καθρέφτες συμβολόμετρου του LIGO στο μισό, κάτι που, μέσω των όμορφων νόμων της γεωμετρίας και των μαθηματικών, θα τους επέτρεπε να ανιχνεύουν σήματα από μια περιοχή του διαστήματος είτε φορές μεγαλύτερη από ποτέ.
Προτού αυτή η σημαντική βελτίωση αρχίσει να κάνει τη διαφορά, πρέπει να εφαρμοστεί. Δυστυχώς, με τα τρέχοντα χρονοδιαγράμματα του έργου, φαίνεται ότι η πρώτη παρατήρηση στην οποία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί η νέα επίστρωση θα γίνει μόνο γύρω στο 2025. Η επόμενη εκστρατεία, η τέταρτη του LIGO, που προγραμματίζεται να ξεκινήσει το 2022, είναι πολύ νωρίς για να υιοθετήσει μια εντελώς νέα τεχνολογία επίστρωσης .
Gabriele Vajente – επικεφαλής επιστήμονας της LIGO στο έργο επίστρωσης.
Πίστωση – CalTech
Ευτυχώς, η υποκείμενη τεχνολογία επίστρωσης και η συσκευή δοκιμής θα μπορούσαν να είναι χρήσιμες σε άλλους τομείς, όπως οι τηλεπικοινωνίες και η κατασκευή ημιαγωγών. Σύμφωνα με τον David Reitze, τον εκτελεστικό διευθυντή της LIGO, «Αυτή είναι η μεγαλύτερη πρόοδος στην ανάπτυξη οπτικών επιστρώσεων ακριβείας για το LIGO τα τελευταία 20 χρόνια». Τώρα αυτό είναι ένα επίτευγμα για να το γιορτάσουμε.
Μάθε περισσότερα:
CalTech - Επέκταση του LIGO's Reach Into the Cosmos
Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης – Επιστρώσεις χαμηλών μηχανικών απωλειών TiO2:GeO2 για μειωμένο θερμικό θόρυβο σε συμβολόμετρα βαρυτικών κυμάτων
Οπτικά - Οι οπτικές επιστρώσεις χαμηλού θορύβου θα μπορούσαν να διογκώσουν την πρόσβαση του LIGO
Hi Tech Glitz - Η LIGO λαμβάνει νέες επικαλύψεις καθρεφτών για να επεκτείνει τη γκάμα της
Εικόνα μολύβδου:
Νέα επίστρωση σε δείγμα γυαλιού.
Πίστωση – CalTech