La ciencia de los materiales ha vuelto a surgir para la exploración espacial.Investigadores del Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferométricas Láser (logo) desarrolló un recubrimiento que puede aumentar la sensibilidad de LIGO casi en un factor de 10.Esto aumentará la tasa de detección.ondas gravitacionalesLos observatorios observan principalmente desde una vez a la semana hasta una vez al día debido al mayor espacio en el que los interferómetros del observatorio pueden recopilar señales.
Puede resultar impactante que algo tan simple como un recubrimiento pueda tener un efecto dramático en un experimento científico, pero no es solo un recubrimiento.Está diseñado específicamente para reflejar el vidrio montado en el interferómetro de LIGO.Debido a que los espejos reflejan el rayo láser que se usa para medir las ondas gravitacionales, tener un espejo altamente reflectante es esencial para tener un equipo de alta sensibilidad.Sin embargo, los revestimientos utilizados para reflejar estos espejos pueden generar algo de ruido en el dispositivo, generalmente debido a que el material mismo absorbe algo de calor del haz.Desafortunadamente, en la sensibilidad que busca LIGO, esa pequeña cantidad de ruido puede tener un gran impacto en los resultados.
Por lo tanto, el desarrollo de mejores recubrimientos fue fundamental para el esfuerzo por mejorar la sensibilidad de LIGO.Ahora Gabriele Vajente, científica investigadora principal de LIGO y Caltech, cree que tiene una solución.Quizás lo más importante es que desarrolló herramientas para encontrar mejores soluciones en el futuro.
La mejor solución actual, ideada por el Dr. Vajente y su equipo, es una combinación de óxido de titanio y germanio, que absorbe decisivamente la menor cantidad de energía en el propio espejo.Su absorción es la causa raíz del ruido introducido en el sistema.Entonces, menos absorción significa menos ruido.
El recubrimiento se aplica a un espejo de 40 kg (88 lb) usando una técnica similar a la deposición de capa atómica (ALD).Los átomos de germanio y titanio se combinan con oxígeno y luego se depositan directamente sobre el espejo.
Probar la efectividad de un recubrimiento es un asunto completamente diferente.Las pruebas suelen tardar más de una semana, lo que limita la cantidad de combinaciones de materiales diferentes que se pueden probar.El Dr. Vajente y su equipo han desarrollado una técnica en la que el tiempo de prueba está completamente automatizado y toma alrededor de 8 horas.
Ese rápido tiempo de respuesta permitió al equipo iterar tantas estructuras materiales como fuera posible de maneras que antes eran imposibles.resultadogermanioYdióxido de titanioEl recubrimiento podría potencialmente reducir a la mitad el ruido en los espejos interferométricos de LIGO, y las bellas leyes de la geometría y las matemáticas permiten detectar señales en dominios espaciales muchas veces más grandes que antes.
Se deben implementar mejoras significativas antes de que comiencen a marcar la diferencia.Desafortunadamente, dada la línea de tiempo actual del proyecto, la ejecución de observación más temprana cuando se puede usar el nuevo recubrimiento probablemente solo sea alrededor de 2025. La próxima campaña, la cuarta campaña de LIGO, comenzará en 2022 y es demasiado pronto para adoptar una tecnología de recubrimiento completamente nueva. .
Afortunadamente, las técnicas básicas de recubrimiento y los equipos de prueba pueden ser útiles en otros campos, como las telecomunicaciones y la fabricación de semiconductores.Según David Reitze, Director General de LIGO, “Este es el mayor avance en el desarrollo de recubrimientos ópticos de precisión para LIGO en los últimos 20 años”.Ahora es el momento de celebrar.
Aprende más:
CalTech –Extendiendo el alcance de LIGO al espacio
Carta de revisión física –Recubrimiento TiO2:GeO2 de baja pérdida mecánica para reducir el ruido térmico de los interferómetros de ondas gravitacionales
Óptica –Los recubrimientos ópticos de bajo ruido pueden ampliar el alcance de LIGO
Brillo de alta tecnología –LIGO aplica un nuevo revestimiento de espejo para ampliar su gama
Imagen principal:
Nuevos recubrimientos sobre muestras de vidrio.
Créditos – CalTech