Een geavanceerde trillingssensor kan de volgende generatie zwaartekrachtgolfdetectoren verbeteren om de kleinste kosmische golven te vinden van het achtergrondgezoem van de beweging van de aarde.

Tijdens zijn Ph.D., postdoctoraal onderzoeker Joris van Heijningen van het ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav), ontwikkelde 's werelds meest gevoelige traagheidstrillingssensor. Nutsvoorzieningen, hij stelt een soortgelijk ontwerp voor, maar 50 keer gevoeliger, bij frequenties onder 10 Hz, gebruik van cryogene temperaturen.

Deze nieuwe sensor meet trillingen zo klein als een paar femtometers (een miljoenste van een miljardste van een meter) met een periode van 10 tot 100 milliseconden (10 Hz tot 100 Hz). De paper die onlangs is gepubliceerd in IOP's Tijdschrift voor Instrumentatie onthult een prototype van de volgende generatie seismische isolatiesystemen met een gevoeligheid tot 1 Hz, met behulp van cryogene temperaturen - lager dan 9,2 graden en boven het absolute nulpunt.

Ook al voelen we het niet, onze planeet trilt altijd een klein beetje vanwege veel verschillende gebeurtenissen, zowel kosmisch als aards; bijvoorbeeld, van zwaartekrachtsgolven (minuscule rimpelingen in de ruimtetijd); oceaangolven die op de kust beuken; of menselijke activiteit. Volgens dr. van Heijningen, sommige plaatsen trillen meer dan andere en, als je deze trillingen plot, ze liggen tussen twee lijnen, de Peterson Low and High Noise Models (LNM/HNM).

De beste commerciële trillingssensoren zijn ontwikkeld om een ​​gevoeligheid te hebben die onder de LNM ligt. Ze zijn voldoende gevoelig om alle plaatsen op aarde te meten met een behoorlijke signaal-ruisverhouding, ’, zegt Van Heijningen.

Daten, de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), met zijn vier kilometer lange armen, maakt gebruik van seismische isolatiesystemen om aardse trillingen te voorkomen die wetenschappelijke metingen beïnvloeden; echter, toekomstige zwaartekrachtgolfdetectoren vragen om meer geavanceerde en nauwkeurige trillingssensoren.

Wetenschappers werken al aan een derde generatie detectoren die elk jaar honderden zwarte gaten kunnen detecteren. het meten van hun massa's en spins - zelfs meer dan LIGO, of zijn Europese equivalent, Maagd, kan meten.

In de VS, er komt de Cosmic Explorer:een observatorium van 40 kilometer dat elk jaar honderdduizenden samensmeltingen van zwarte gaten kan detecteren. Even indrukwekkend zal de Einstein Telescope in Europa zijn, met zijn 10 kilometer bewapende, driehoekige configuratie ondergronds gebouwd.

Toekomstige detectoren zullen zwaartekrachtgolven kunnen meten bij frequenties lager dan de huidige grens van ~10 Hz, want daar liggen de signalen van botsingen van zwarte gaten op de loer, " legt van Heijningen uit. Maar een van de belangrijkste problemen van deze enorme detectoren is dat ze extreem stabiel moeten zijn - de kleinste trilling kan detectie belemmeren.

"Door het systeem in wezen dicht bij nul graden Kelvin (dat is 270 graden onder nul Celsius) te krijgen, wordt de zogenaamde thermische ruis drastisch verminderd, die dominant is bij lage frequenties. Temperatuur is in zekere zin een trilling van atomen, en deze minuscule trilling veroorzaakt ruis in onze sensoren en detectoren, ’, zegt Van Heijningen.

Toekomstige detectoren zullen moeten afkoelen tot cryogene temperaturen, maar het is geen gemakkelijke prestatie. Als wetenschappers dat eenmaal hebben bereikt, het benutten van de cryogene omgeving zal de sensorprestaties verbeteren volgens dit voorstelontwerp. In zijn nieuwe functie als onderzoekswetenschapper aan de UCLouvain in België, van Heijningen is van plan om een ​​prototype van dit sensorontwerp te maken en de prestaties ervan te testen voor The Einstein Telescope.