Het begon met een relatief eenvoudig doel:een prototype maken voor een nieuw soort apparaat om de beweging van ondergrondse constructies bij CERN te volgen. Maar het project – het resultaat van een samenwerking tussen CERN en het Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Rusland - snel geëvolueerd. Het prototype veranderde in verschillende volwaardige apparaten die mogelijk kunnen dienen als vroegtijdige waarschuwingssystemen voor aardbevingen en kunnen worden gebruikt om andere seismische trillingen te bewaken. Bovendien, de apparaten, genaamd precisie laser inclinometers, kan worden gebruikt bij CERN en daarbuiten. De onderzoekers achter het project testen nu één apparaat bij de Advanced Virgo-detector, die onlangs zwaartekrachtsgolven ontdekte - kleine rimpelingen in het weefsel van ruimte-tijd die een eeuw geleden door Einstein werden voorspeld. Als alles volgens plan verloopt, dit apparaat zou jagers op zwaartekrachtgolven kunnen helpen de ruis die seismische gebeurtenissen op het signaal van de golven hebben, te minimaliseren.

In tegenstelling tot traditionele seismometers, die grondbewegingen detecteren door hun effect op gewichten die aan veren hangen, de precisie laser inclinometer (PLI) meet hun effect op het oppervlak van een vloeistof. De meting wordt gedaan door laserlicht op een vloeistof te richten en te kijken hoe deze wordt gereflecteerd. Vergeleken met gewicht-veer seismometers, de PLI kan naast translatiebewegingen ook hoekbewegingen detecteren (op en neer en van links naar rechts), en het kan laagfrequente bewegingen met een zeer hoge precisie oppikken.

"De PLI is extreem gevoelig, het kan zelfs de golven op het meer van Genève detecteren op winderige dagen, ", zegt hoofdonderzoeker Beniamino Di Girolamo van CERN. "Het kan seismische bewegingen oppikken met een frequentie tussen 1 mHz en 12,4 Hz met een gevoeligheid van 2,4 × 10 ⁻⁵ (rad/Hz) ^½ , " legt co-hoofdonderzoeker Julian Budagov van JINR uit. "Dit komt overeen met het meten van een verticale verplaatsing van 24 picometer (24 biljoenste van een meter) over een afstand van 1 meter, " voegt co-hoofdonderzoeker Mikhail Lyablin toe, ook van JINR.

Het team assembleerde en testte het PLI-prototype in JINR en in de TT1-tunnel van CERN. Het presteerde zo goed dat het potentieel een nuttig seismisch systeem voor vroegtijdige waarschuwing kan zijn voor de High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) en andere machines en experimenten. De Large Hadron Collider en zijn protonenbundels zijn extreem robuust tegen seismische activiteit, maar de HL-LHC zal smallere bundels gebruiken om het aantal proton-protonbotsingen te vergroten en als gevolg daarvan het potentieel voor ontdekkingen op het gebied van deeltjesfysica. Dit betekent dat stralen meer kans hebben om uit het midden te gaan in het geval van een aardbeving met een hoge kracht met een epicentrum relatief dicht bij CERN. PLI's die zich op verschillende punten langs de machine bevinden, kunnen dienen als vroegtijdige waarschuwingssystemen voor dergelijke gebeurtenissen.

Gezien het potentieel van de PLI, het HL-LHC-project heeft het team ondersteund om verschillende nieuwe PLI's te bouwen. Eén PLI is al geïnstalleerd bij het Garni Seismic Observatory in Armenië en een andere is ingezet met de steun van CERN's Knowledge Transfer-groep en het Italiaanse INFN-instituut bij de European Gravitational Observatory, Italië, waar Advanced Virgo zich bevindt. De Virgo PLI is het resultaat van een samenwerking die begon na de APPEC-conferentie in november 2018, op initiatief van de directeur-generaal van JINR en aangemoedigd door het management van CERN. De samenwerking verliep zo soepel dat minder dan een jaar later, de Maagd PLI werd getest.

De resultaten van de eerste tests zijn bemoedigend. Met slechts 15 minuten aan gegevens op 6 augustus, de PLI pikte dezelfde signalen op als apparaten die al bij Maagd waren geïnstalleerd, en vanaf die dag begon het continu te draaien en ontdekte het verschillende aardbevingen van kleine omvang. De Virgo- en PLI-teams zijn nu bezig met het opzetten van de gegevensstroom van de PLI naar het Virgo-gegevenssysteem. Dit maakt het gemakkelijker om gegevens van verschillende seismische apparaten te vergelijken en om de potentiële impact van de PLI op de werking van de Maagd en de detectie van zwaartekrachtsgolven te beoordelen. "Maagd en de twee LIGO-detectoren in de VS zijn onlangs begonnen met een nieuwe zoektocht naar zwaartekrachtsgolven, een die dieper in het universum zal reiken dan eerdere zoekopdrachten, " zegt voormalig Maagd-woordvoerder Fulvio Ricci van La Sapienza University, Rome. "We zijn ervan overtuigd dat de PLI een rol kan spelen in deze belangrijke zoektocht, " hij voegde toe.