پوشش‌های بسیار دقیق به نسل بعدی آشکارسازهای امواج گرانشی کمک می‌کنند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان دانشگاه ملی استرالیا (ANU) پوشش‌های نوری جدیدی را برای LIGO مهندسی کرده‌اند، همکاری جهانی که امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی را شکار می‌کند.

تیم ANU سه سال را صرف توسعه و اعمال پوشش‌های پیشرفته روی دو پرتو شکاف‌کننده بسیار تخصصی برای LIGO (رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری) کرده است، بخشی از ارتقایی که به دانشمندان کمک می‌کند امواج گرانشی را با حساسیت بیشتری نسبت به قبل شناسایی کنند.

کمک استرالیا به LIGO از طریق OzGrav، مرکز عالی ARC برای کشف امواج گرانشی، هماهنگ شده است.

اولین بار توسط آلبرت اینشتین بیش از یک قرن پیش پیش‌بینی شد، امواج گرانشی - امواج ریز در فضا-زمان ناشی از برخی از قوی‌ترین رویدادهای کیهان - مستقیما برای اولین بار در سال 2015 شناسایی شدند و راه جدیدی برای مطالعه جهان باز کردند.

استیو مدن، استاد دانشکده فیزیک تحقیقات ANU و مدیر مرکز ساخت ملی استرالیا (ANFF) OptoFab ACT Hub، گفت که اینها برخی از دقیق‌ترین و دقیق‌ترین پوشش‌هایی هستند که تاکنون ساخته شده‌اند.

مدن گفت: «ما سه سال را صرف تحقیق و توسعه بسیار چالش برانگیز کردیم و قلب و روح خود را برای ساخت این اپتیک ها گذاشتیم. ما واقعا می‌خواهیم ببینیم که این کمک استرالیایی نتایج بزرگی برای علم بین‌المللی به همراه داشته باشد.»

رابرت وارد، پروفسور و مدیر مرکز اخترفیزیک گرانشی دانشگاه ANU، یک مرکز مشترک بین دانشکده تحقیقات فیزیک و دانشکده تحقیقات اخترشناسی و اخترفیزیک، گفت که این پروژه اپتیک دقیق را به سطوح بی سابقه ای رساند.

وارد گفت: "شما برای ساخت این اجزا به دقت اندازه گیری عالی، فرآیندهای بسیار دقیق کنترل شده و یکنواختی ضخامت پوشش شدید نیاز دارید." ما این شیشه را در عرض یک یا دو نانومتر در عرض تقریبا نیم متر می‌پوشانیم - اختلاف چند اتم از یک لبه به لبه دیگر.»

تشخیص امواج گرانشی به اندازه گیری تغییرات فاصله در حدود یک میلیونم یک میلیاردم عرض موی انسان، با استفاده از یک پرتو لیزر بسیار خالص به عنوان یک خط کش دقیق، نیاز دارد. هر تغییر کوچک ناشی از عبور یک موج گرانشی در الگوی نور حاصله نمایان می شود.

هر پرتو شکاف یک دیسک 45 سانتی‌متری (18 اینچی) است که از برخی از خالص‌ترین شیشه‌های جهان ساخته شده و بیش از 20 کیلوگرم (44 پوند) وزن دارد.

پوشش در یک طرف پرتو لیزر را دقیقا به نصف تقسیم می کند. از سوی دیگر، یک پوشش با بازتاب بسیار کم بیش از 1000 برابر موثرتر از یک پوشش معمولی لنز عینک تداخل را به حداقل می رساند و حساسیت آشکارساز را بهبود می بخشد.

ANU یکی از تنها دو گروه در سراسر جهان است که قادر به تولید این پوشش ها با استانداردهای دقیق مورد نیاز برای تشخیص امواج گرانشی است.

Deon Hickey از ANFF OptoFab ACT گفت که دستیابی به دقت مورد نیاز مستلزم توسعه رویکردهای کاملا جدید برای تولید و اندازه گیری است.

هیکی گفت: "هر جزء که وارد این آشکارساز می شود تا حد مطلق تحت فشار قرار می گیرد." ماشین‌های زیادی در دنیا وجود ندارند که بتوانند نیازها را برآورده کنند، بنابراین ما مجبور شدیم تجهیزات خود را بسازیم و راه‌های جدیدی برای حل مشکلات پیدا کنیم.

این تیم نیاز به کنترل ضخامت پوشش با دقت تقریبا یک لایه اتمی در کل سطح داشت، در حالی که همچنین اطمینان حاصل کرد که اپتیک به طور استثنایی تمیز و عاری از نقص میکروسکوپی است.

برای دستیابی به این هدف، محققان هشت سیستم خودکار سفارشی را برای تمیز کردن، اندازه‌گیری و کنترل اجزای ظریف بدون تماس انسانی توسعه دادند.

این پروژه تخصص را از سراسر ANU، از جمله دانشکده تحقیقات فیزیک، مرکز اخترفیزیک گرانشی و گره ANFF OptoFab ACT در ANU گرد هم آورد.

این کار در داخل دانشکده جدید تحقیقاتی فیزیک ANU Clean Room تکمیل شد، جایی که الزامات نظافت با موارد مورد استفاده در تاسیسات پیشرفته تولید نیمه هادی مطابقت داشت.

آشکارسازهای ارتقا یافته به محققان کمک می‌کنند تا رویدادهای امواج گرانشی بیشتر، از جمله سیگنال‌های ضعیف‌تر از دورتر را دریافت کنند و رفتار برخی از مرموزترین اجرام کیهان را با جزئیات بیشتری مطالعه کنند.

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →