Věda o materiálech se opět prosadila při průzkumu vesmíru. Výzkumníci z Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ( LIGO ) vyvinuli povlak, který by mohl zvýšit citlivost LIGO téměř o řád. To by zvýšilo míru detekce gravitační vlny observatoř hledá přibližně jednou týdně až jednou denně, a to především kvůli zvětšenému objemu prostoru, ze kterého by byly interferometry observatoře schopny sbírat signály.
Může být šokující, že něco tak jednoduchého, jako je povlak, může dramaticky ovlivnit vědecký experiment, ale nejednalo se pouze o jednoduchý povlak. Byl speciálně navržen tak, aby proměnil sklo umístěné v interferometru LIGO v zrcadlo. Mít vysoce reflexní zrcadlo je nezbytné pro vysoce citlivý přístroj, protože zrcadla odrážejí laserové paprsky používané k měření samotných gravitačních vln. Avšak povlaky používané k tomu, aby tato zrcadla byla odrazivá, mohou do přístroje vnést malé množství hluku, které je obvykle způsobeno samotným materiálem, který absorbuje určité teplo z paprsku. Bohužel u citlivostí, které LIGO hledá, by toto malé množství šumu mohlo mít předimenzovaný dopad na výsledky.
Jeden z potažených kusů skla v testovací komoře s červeným laserovým paprskem.
Kredit – CalTech
Proto byl vývoj lepšího povlaku ústředním bodem úsilí o zlepšení citlivosti LIGO. Nyní si Gabriele Vajente, vedoucí výzkumný pracovník v LIGO a Caltech, myslí, že má řešení. Možná ještě důležitější je, že vyvinul nástroj pro hledání lepších řešení v budoucnu.
Současným nejlepším řešením, se kterým Dr. Vajente a jeho tým přišli, je kombinace titanu a oxidu germania, která zásadním způsobem absorbovala nejmenší množství energie do samotného zrcadla. Tato absorpce je hlavní příčinou hluku zavedeného do systému. Menší absorpce tedy znamená méně hluku.
Příprava experimentální zkušební komory.
Kredit – CalTech
Povlak bude aplikován na 40 kg (88 lb) zrcadla pomocí techniky podobné depozici atomárních vrstev (ALD). Atomy germánia a titanu jsou spojeny s kyslíkem a poté uloženy přímo na zrcadlo.
Testování účinnosti nátěru je zcela jiná záležitost. Obvykle by testování trvalo až týden, což omezuje počet různých kombinací materiálů, které by mohly být testovány. Dr. Vajente a jeho tým poté vyvinuli techniku, kde by doba testování byla zcela automatizována a trvala přibližně osm hodin.
Video UT popisující nejnovější pozorovací kampaň LIGO.
Tento rychlý obrat umožnil týmu iterovat mnoho možných materiálových struktur způsoby, které dříve nebyly možné. Výsledná germanium a oxid titaničitý povlak by mohl potenciálně snížit šum v zrcadlech interferometru LIGO na polovinu, což by jim díky krásným zákonům geometrie a matematiky umožnilo detekovat signály z oblasti vesmíru, která je dvakrát větší než kdykoli předtím.
Než se toto výrazné zlepšení začne měnit, musí být implementováno. Bohužel se vzhledem k aktuálnímu harmonogramu projektu zdá, že k prvnímu pozorovacímu běhu, na kterém by mohl být nový nátěr použit, dojde až kolem roku 2025. Další kampaň, čtvrtá LIGO, která má začít v roce 2022, je příliš brzy na to, aby přijala zcela novou technologii nátěru. .
Gabriele Vajente – hlavní vědec společnosti LIGO na projektu nátěrů.
Kredit – CalTech
Naštěstí by základní technologie povlakování a testovací zařízení mohly být užitečné v jiných oblastech, jako jsou telekomunikace a výroba polovodičů. Podle Davida Reitzeho, výkonného ředitele LIGO, „je to největší pokrok ve vývoji přesných optických povlaků pro LIGO za posledních 20 let“. Nyní je to úspěch k oslavě.
Další informace:
CalTech – Rozšíření dosahu LIGO do vesmíru
Dopisy fyzické kontroly – Nízké mechanické ztráty TiO2:GeO2 povlaky pro snížení tepelného šumu v gravitačních vlnových interferometrech
Optické - Nízkošumové optické povlaky by mohly zvětšit dosah LIGO
Hi Tech Glitz – LIGO dostává nové zrcadlové povlaky, aby rozšířil svůj sortiment
Hlavní obrázek:
Nový povlak na vzorku skla.
Kredit – CalTech
