Znanost o materialih je ponovno prišla skozi raziskovanje vesolja. Raziskovalci z laserskega interferometra gravitacijskega valovnega observatorija ( LIGO ) razvili prevleko, ki bi lahko povečala občutljivost LIGO skoraj za red velikosti. To bi povečalo stopnjo odkrivanja gravitacijskih valov observatorij išče od približno enkrat na teden do enkrat na dan, predvsem zaradi povečanega volumna prostora, iz katerega bi lahko interferometri opazovalnice zbirali signale.
Morda je šokantno, da bi lahko nekaj tako preprostega, kot je premaz, dramatično vplivalo na znanstveni eksperiment, vendar to ni bil le preprost premaz. Zasnovan je bil posebej za spreminjanje stekla v interferometru LIGO v ogledalo. Zelo odbojno ogledalo je bistvenega pomena za zelo občutljiv instrument, saj ogledala odražajo laserske žarke, ki se uporabljajo za merjenje samih gravitacijskih valov. Vendar pa lahko premazi, ki se uporabljajo za odbojnost teh ogledal, v instrument vnesejo majhno količino hrupa, ki ga običajno povzroči sam material, ki absorbira nekaj toplote iz žarka. Na žalost bi pri občutljivosti, ki jo išče LIGO, lahko majhna količina hrupa močno vplivala na rezultate.
Eden od prevlečenih kosov stekla v preskusni komori z rdečim laserskim žarkom.
Kredit – CalTech
Zato je bil razvoj boljšega premaza osrednjega pomena za prizadevanja za izboljšanje občutljivosti LIGO. Zdaj Gabriele Vajente, višji raziskovalec pri LIGO in Caltech, meni, da ima rešitev. Morda je še pomembneje, da je razvil orodje za iskanje boljših rešitev v prihodnosti.
Trenutna najboljša rešitev, ki sta jo pripravila dr. Vajente in njegova ekipa, je kombinacija titanovega in germanijevega oksida, ki je ključno absorbirala najmanj energije v samo ogledalo. Ta absorpcija je glavni vzrok za hrup, ki se vnese v sistem. Manj absorpcije torej pomeni manj hrupa.
Postavitev eksperimentalne preskusne komore.
Kredit – CalTech
Prevleka bo nanesena na 40 kg (88 lb) ogledala z uporabo tehnike, podobne atomskemu nanosu plasti (ALD). Atomi germanija in titana se združijo s kisikom in nato nanesejo neposredno na ogledalo.
Preizkušanje učinkovitosti premaza je povsem druga stvar. Običajno bi testiranje trajalo več kot en teden, kar omejuje število različnih kombinacij materialov, ki bi jih bilo mogoče testirati. Dr. Vajente in njegova ekipa sta nato razvila tehniko, pri kateri bi bil ta čas testiranja popolnoma avtomatiziran in bi trajal približno osem ur.
UT videoposnetek, ki opisuje najnovejšo opazovalno kampanjo LIGO.
Ta hiter čas obrata je ekipi omogočil, da je ponovila številne možne materialne strukture na načine, ki prej niso bili možni. Nastala germanij in titanov dioksid prevleka bi lahko potencialno zmanjšala hrup v zrcalih interferometra LIGO za polovico, kar bi jim s pomočjo čudovitih zakonov geometrije in matematike omogočilo zaznavanje signalov iz območja vesolja, ki je bodisi krat večje kot kdaj koli prej.
Preden lahko ta znatna izboljšava začne delati razliko, jo je treba izvesti. Na žalost se glede na trenutne časovne okvire projekta zdi, da se bo najzgodnejši poskus, pri katerem bi lahko uporabili nov premaz, zgodil šele okoli leta 2025. Naslednja kampanja, četrta LIGO-jeva kampanja, ki naj bi se začela leta 2022, je prezgodaj, da bi sprejela popolnoma novo tehnologijo premaza. .
Gabriele Vajente – LIGO-jev vodilni znanstvenik pri projektu premaza.
Kredit – CalTech
Na srečo bi lahko osnovna tehnologija prevleke in testna naprava bila uporabna na drugih področjih, kot sta telekomunikacije in proizvodnja polprevodnikov. Po besedah Davida Reitzeja, izvršnega direktorja LIGO: 'To je največji napredek pri razvoju natančnega optičnega premaza za LIGO v zadnjih 20 letih'. Zdaj je to dosežek, ki ga je treba proslaviti.
Nauči se več:
CalTech – Razširitev dosega LIGO v vesolje
Pisma o fizičnem pregledu – Nizke mehanske izgube TiO2: GeO2 premazi za zmanjšan toplotni hrup v interferometrih gravitacijskih valov
optični - Optične prevleke z nizkim šumom bi lahko nabrekle doseg LIGO
Hi Tech Glitz – LIGO prejme nove zrcalne premaze za razširitev svoje ponudbe
Vodilna slika:
Nov premaz na vzorcu stekla.
Kredit – CalTech
