Zwaartekrachtsgolfwetenschappers van de University of Western Australia hebben geleid tot de ontwikkeling van een nieuwe lasermodussensor met ongekende precisie die zal worden gebruikt om het binnenste van neutronensterren te onderzoeken en fundamentele limieten van de algemene relativiteitstheorie te testen.

Onderzoeksmedewerker van UWA's Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav-UWA) Dr. Aaron Jones zei dat UWA een wereldwijde samenwerking van zwaartekrachtgolf-, metaoppervlak- en fotonica-experts coördineerde om een ​​nieuwe methode te ontwikkelen om structuren van licht te meten, genaamd "eigenmodes".

"Zwaartekrachtgolfdetectoren zoals LIGO, Virgo en KAGRA slaan een enorme hoeveelheid optisch vermogen op en verschillende paar spiegels worden gebruikt om de hoeveelheid laserlicht die langs de massieve armen van de detector wordt opgeslagen te vergroten," zei Dr. Jones.

"Elk van deze paren heeft echter kleine vervormingen die het licht verstrooien van de perfecte vorm van de laserstraal, wat overmatige ruis in de detector kan veroorzaken, de gevoeligheid kan beperken en de detector offline kan halen.

"We wilden een idee testen waarmee we zouden kunnen inzoomen op de laserstraal en op zoek kunnen gaan naar de kleine 'wiebels' in de kracht die de gevoeligheid van de detectoren kunnen beperken."

Dr. Jones zei dat een soortgelijk probleem zich voordoet in de telecomindustrie, waar wetenschappers manieren onderzoeken om meerdere eigenmodi te gebruiken om meer gegevens door optische vezels te transporteren.

"Telecomwetenschappers hebben een manier ontwikkeld om de eigenmodes te meten met behulp van een eenvoudig apparaat, maar het is niet gevoelig genoeg voor onze doeleinden", zei hij. "We kwamen op het idee om een ​​meta-oppervlak te gebruiken - een ultradun oppervlak met een speciaal patroon dat is gecodeerd in subgolflengtegrootte - en hebben contact opgenomen met medewerkers die ons konden helpen er een te maken."

De proof-of-concept-opstelling die het team ontwikkelde was meer dan duizend keer gevoeliger dan het oorspronkelijke apparaat dat werd ontwikkeld door telecomwetenschappers en de onderzoekers zullen nu proberen dit werk te vertalen in zwaartekrachtgolfdetectoren.

OzGrav-UWA hoofdonderzoeker universitair hoofddocent Chunnong Zhao zei dat de ontwikkeling een nieuwe stap voorwaarts is in het detecteren en analyseren van de informatie die wordt gedragen door zwaartekrachtsgolven, waardoor we het universum op nieuwe manieren kunnen observeren.

"Het oplossen van het modusdetectieprobleem in toekomstige zwaartekrachtgolfdetectoren is essentieel als we de binnenkant van neutronensterren willen begrijpen en onze observatie van het universum willen bevorderen op een manier die nog nooit eerder mogelijk was", zei universitair hoofddocent Zhao.

Het onderzoek is geaccepteerd voor publicatie in Physical Review A . + Verder verkennen

Een interactief zwaartekrachtgolfdetectormodel ontworpen om les te geven in musea en beurzen