Покрытие австралийского университета повышает чувствительность при охоте на гравитационные волны

Исследователи АНУ снабдили Лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию (LIGO) сверхточным оптическим покрытием, чтобы повысить ее способность обнаруживать пульсации в пространстве и времени. Команда потратила три года на разработку этих покрытий и нанесение их на два специализированных светоделителя, чтобы довести прецизионную оптику до уровня однородности.

«Мы покрыли это стекло толщиной почти полметра с точностью до одного-двух нанометров, или несколькими атомами от одного конца до другого», — объясняет профессор Роберт Уорд из Центра гравитационной астрофизики АНУ. Этот австралийский вклад направлен на повышение чувствительности LIGO и возможность обнаружения более слабых гравитационных волн от космических событий.

Индивидуальная автоматизация позволяет производить сверхчистую оптическую продукцию

По словам Деона Хики из ANFF OptoFab ACT, для достижения необходимой точности модернизированного светоделителя LIGO потребовалась совершенно новая технология производства. Команда обошла ограничения существующего оборудования, создав специальный инструмент, отвечающий строгим требованиям к нанесению и измерению покрытий. «В мире не так уж много машин, которые могли бы удовлетворить этим требованиям, поэтому нам пришлось создавать собственное оборудование и искать новые способы решения проблемы», — говорит Хики. Экстремальные требования к обнаружению гравитационных волн требуют покрытий с беспрецедентной однородностью. Профессор Стив Мэдден объяснил: «Изготовление этих компонентов требует высочайшей точности измерений, чрезвычайно строго контролируемых процессов и исключительной однородности толщины покрытия». Каждый 45-сантиметровый диск изготовлен из чрезвычайно чистого стекла и весит более 20 килограммов и имеет двойное покрытие.

Один слой точно разделяет лазерный луч, а другая поверхность со сверхнизким коэффициентом отражения минимизирует помехи и усиливает способность детектора записывать слабые сигналы. Этот уровень контроля распространяется на поддержание изменений толщины покрытия всего в несколько атомов на полуметровой поверхности. Это ранее недостижимый подвиг. Трехлетние исследования и разработки завершились доставкой этой специализированной оптики в LIGO, что представляет собой значительный вклад Австралии в международную обсерваторию. Профессор Мэдден подчеркнул преданность команды: «Мы потратили три года на чрезвычайно сложные исследования и разработки и вложили все свое сердце и душу в создание этих оптических систем». Команда ANU — одна из двух групп в мире, способных производить покрытия в соответствии с этим строгим стандартом, демонстрируя свой опыт и передовые возможности в центре OptoFab ACT на Австралийском национальном производственном предприятии (ANFF). Профессор Мэдден сказал, что конечной целью было максимизировать научную выгоду от модернизированного детектора, добавив: «Мы искренне надеемся, что этот вклад Австралии принесет большие результаты для международной науки».

Достижение необходимой однородности светоделителя LIGO потребовало разработки восьми специальных автоматизированных систем, каждая из которых специализировалась на определенном этапе очистки, измерения и обработки. Эти системы были необходимы для предотвращения контакта человека с чувствительными компонентами, минимизации загрязнения и обеспечения стабильных результатов на 45-сантиметровом диске. Для такого уровня контроля требовалась чистая комната Института физики АНУ, новый исследовательский центр, построенный в соответствии с теми же стандартами чистоты, что и передовые предприятия по производству полупроводников. Покрытие со сверхнизким коэффициентом отражения, которое более чем в 1000 раз эффективнее стандартных покрытий для очковых линз, еще больше усложнило процесс.