Stanford-wetenschappers zullen een nieuwe nationale samenwerkingsinspanning leiden, het LIGO Wetenschappelijk Samenwerkingscentrum voor Coatingsonderzoek, om de detectie van zwaartekrachtsgolven in de dubbele LIGO-faciliteiten te verbeteren.

LIGO, de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, heeft een schaalprobleem:melkwegschuddende gebeurtenissen zoals de onlangs onthulde botsing van twee neutronensterren vonden zo ver weg plaats dat de echo's er 130 miljoen jaar over deden om naar onze planeet te reizen. Een botsing van zwarte gaten die in 2015 werd gedetecteerd, was zelfs nog verder, 1,3 miljard lichtjaar verwijderd.

Tegen de tijd dat de effecten van deze enorme gebeurtenissen de aarde bereiken, ze zijn zo klein dat ze alleen kunnen worden gedetecteerd met behulp van de meest gevoelige apparatuur die wetenschappers kunnen bedenken. Veranderingen in afstand (zoals gedetecteerd over de uitgestrekte vier kilometer lange armen van LIGO) veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven, zei Stanford-onderzoeker Riccardo Bassiri, zijn "duizend keer kleiner dan de grootte van een atoomkern."

Elke "ruis" of moleculaire wanorde die door de spiegels wordt geïntroduceerd, kan de zwakke signalen van verre bronnen van zwaartekrachtgolven volledig verdoezelen.

"Het is best verbazingwekkend, deze vier kilometer enorm stuk machine - en de coatings op de spiegels spelen deze sleutelrol in hoeveel zwaartekrachtgolfgebeurtenissen we kunnen waarnemen, " zei Bassiri. Op het einde, de gevoeligheid van de enorme interferometers van LIGO wordt beperkt door trillingen op atomaire schaal van moleculen in de spiegels die de krachtige lasers van de faciliteiten weerspiegelen. Deze trillingen staan ​​gezamenlijk bekend als Brownse thermische ruis. Volgens Bassiri, het zal de dominante geluidsbron zijn die de gevoeligheid van LIGO beperkt, en een grote uitdaging voor toekomstige generaties van de voorzieningen.

Het doel van het nieuwe centrum, bestaande uit 10 Amerikaanse instellingen en aan de Stanford geleid door Martin Fejer, hoogleraar toegepaste natuurkunde, zal zijn om de gevoeligheid van LIGO te verbeteren met betere coatings voor zijn interferometers. Onderzoekers hopen over drie jaar nieuwe materialen klaar te hebben voor de volgende update van de LIGO-faciliteiten. Als ze succesvol zijn en de hoeveelheid thermische ruis van de spiegelcoatings halveren, ze zouden het volume van het universum dat LIGO kan waarnemen acht keer groter kunnen maken dan de huidige mogelijkheden.

De coatings in kwestie bestaan ​​uit meerdere lagen die niet groter zijn dan enkele honderden nanometers dik elk - honderden keren dunner dan een mensenhaar. Vroeger, onderzoekers hebben een iteratief proces gevolgd, een nieuwe coating maken en deze vervolgens testen, in de hoop de vorige versies te verbeteren.

Door het nieuwe centrum Stanford zal leidende onderzoekers en faciliteiten in het hele land zijn in wat naar zij hopen een meer gerichte aanpak zal zijn. Bijvoorbeeld, werken met medewerkers van de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource van het SLAC National Accelerator Laboratory, wetenschappers kunnen nieuw bedachte spiegelcoatings op atomair niveau inspecteren.

Met deze kritische massa van financiering en deelname, "in plaats van deze trial-and-error Edisoniaanse benadering te volgen, kunnen we tot een materiaal-door-ontwerpproces komen, ' zei Bassiri. 'Uiteindelijk, de beloning van het ontwikkelen van betere coatings voor LIGO zal zijn om de verkenning van het universum verder mogelijk te maken door middel van zwaartekrachtsgolfastronomie."