Покриття австралійського університету підвищує чутливість при пошуку гравітаційних хвиль

Дослідники ANU забезпечили Обсерваторію гравітаційних хвиль лазерного інтерферометра (LIGO) надточним оптичним покриттям, щоб покращити її здатність виявляти пульсації в просторі та часі. Команда витратила три роки на розробку цих покриттів і нанесення їх на два спеціалізованих розсіювача променя, щоб підштовхнути точну оптику до рівня однорідності.

«Ми покрили це скло майже на півметра з точністю до одного-двох нанометрів або кількох атомів від одного кінця до іншого», — пояснює професор Роберт Уорд із Центру гравітаційної астрофізики Національного університету. Цей австралійський внесок має на меті покращити чутливість LIGO та дозволити виявлення слабших гравітаційних хвиль від космічних подій.

Індивідуальна автоматизація дозволяє виготовляти ультрачисті оптичні вироби

За словами Деона Хікі з ANFF OptoFab ACT, досягнення необхідної точності для оновленого розсіювача променя LIGO вимагало абсолютно нової технології виробництва. Команда обійшла обмеження існуючого обладнання, створивши спеціальний інструмент, який відповідав суворим вимогам до нанесення та вимірювання покриття. «У світі не так багато машин, які можуть відповідати вимогам, тому нам довелося створювати власне обладнання та шукати нові способи вирішення проблеми», — каже Хікі. Екстремальні вимоги виявлення гравітаційних хвиль вимагають покриття з неперевершеною рівномірністю. Професор Стів Медден пояснив: «Створення цих компонентів вимагає високої точності вимірювань, надзвичайно жорстко контрольованих процесів і надзвичайної рівномірності товщини покриття». Виготовлений із надзвичайно чистого скла та вагою понад 20 кілограмів, кожен 45-сантиметровий диск має подвійне покриття.

Один шар точно розділяє лазерний промінь, а інша поверхня з наднизьким коефіцієнтом відбиття мінімізує перешкоди та посилює здатність детектора реєструвати слабкі сигнали. Цей рівень контролю поширюється на збереження варіацій товщини покриття всього в кілька атомів на півметровій поверхні. Це раніше недосяжний подвиг. Кульмінацією трирічних досліджень і розробок стала доставка цієї спеціалізованої оптики до LIGO, що стало значним внеском Австралії в міжнародну обсерваторію. Професор Медден підкреслив відданість команди: «Ми витратили три роки на надзвичайно складні дослідження та розробки та вклали своє серце та душу в створення цих оптичних систем». Команда ANU є однією з двох груп у світі, які можуть виробляти покриття за цим суворим стандартом, демонструючи свій досвід та передові засоби в центрі OptoFab ACT на Австралійському національному виробничому підприємстві (ANFF). Професор Медден сказав, що кінцевою метою є максимізація наукової користі від оновленого детектора, додавши: «Ми щиро сподіваємося, що цей внесок Австралії дасть чудові результати для міжнародної науки».

Досягнення необхідної однорідності в світлорозподілювачі LIGO вимагало розробки восьми спеціальних автоматизованих систем, кожна спеціалізована для певного етапу очищення, вимірювання та обробки. Ці системи були важливими для запобігання контакту людини з чутливими компонентами, мінімізації забруднення та забезпечення стабільних результатів на 45-сантиметровому диску. Цей рівень контролю вимагав чистої кімнати Інституту фізики АНУ, нової науково-дослідної установи, побудованої за тими ж стандартами чистоти, що й передові потужності з виробництва напівпровідників. Покриття з наднизьким відображенням, яке більш ніж у 1000 разів ефективніше, ніж покриття стандартних окулярних лінз, ще більше ускладнило процес.