Новий матеріал дозволить фізикам ловити гравітаційні хвилі щодня

0
25

З моменту першого виявлення гравітаційних хвиль в 2015 році лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія ligo і європейська колаборація virgo зафіксували десятки подібних подій. Існування гравітаційних хвиль ще на початку минулого століття передбачив альберт ейнштейн. Він припустив, що прискорений рух об’єктів з потужною гравітацією може викликати хвилі, що створюють викривлення в просторі-часі. Вивчаючи гравітаційні хвилі, вчені сподіваються відповісти на фундаментальні питання про нашу всесвіт: наприклад, як формуються чорні діри.

Один з обмежуючих факторів для виявлення гравітаційних хвиль-властивості відбивного покриття 40-кілограмових дзеркал в кожній з двох обсерваторій ligo (в лівінгстоні, штат луїзіана, і в хенфорді, штат вашингтон). Величезні дзеркала розташовані перпендикулярно один одному на відстані чотирьох кілометрів від джерела лазерного випромінювання. У кожному з плечей такої г-подібної системи світло доходить до дзеркала, відбивається, повертається і потрапляє в детектор. Якщо на своєму шляху промінь лазера зустрічає гравітаційні хвилі, які розтягують і стискають простір, це впливає на час його прибуття в детектор.

спрощена схема детектора ligo / © abbott, b. P. Et al. – observation of gravitational waves from a binary black hole merger b. P. Abbott et al. (ligo scientific collaboration and virgo collaboration) phys. Rev. Lett. 116, 061102 doi:10.1103/physrevlett.116.061102

Чим краще дзеркала відбивають світло лазера, тим вище чутливість. Труднощі в тому, що будь-які рухи дзеркал, навіть теплові коливання атомів їх покриття, підвищують рівень шуму, і виділити сигнал від гравітаційних хвиль стає складніше.

Частково вирішити цю проблему вдалося дослідникам з каліфорнійського технічного інституту, державного університету колорадо, монреальського університету і стенфордського університету. Вони описали новий тип покриття з оксиду титану і оксиду германію (44% tio2 і 56% geo2), яке зменшить фоновий шум в дзеркалах ligo в два рази, тим самим у вісім разів збільшуючи обсяг космічного простору, який ligo зможе досліджувати при наступному запуску. Наносили покриття методом іонно-променевого розпилення, при якому атоми титану і німеччина відокремлюються від джерела, потім з’єднуються з киснем і потім осідають на склі для створення тонких шарів атомів.

З новим покриттям вчені виявлятимуть гравітаційні хвилі значно частіше: замість однієї події на тиждень — одне або навіть кілька на день, вважає девід рейтце (david reitze), виконавчий директор лабораторії ligo в каліфорнійському технологічному інституті. Є шанс, що перевірити це на практиці вдасться при п’ятому запуску ligo, старт якого запланований на 2024/2025 рік.

Опублікована в журналі physical review letters.