Гравитационно-волновая обсерватория LIGO функционирует благодаря сверхчувствительным зеркалам, настроенным с помощью лазеров. Новая адаптивная система FROSTI с лазером мощностью в мегаватт увеличит точность настройки в 10 раз.
Технология обнаружения гравитационных волн может сделать значительный шаг вперед благодаря улучшению оборудования под руководством физика Джонатана Ричардсона из Калифорнийского университета в Риверсайде. В статье, опубликованной в журнале Optica, подробно описывается успешная разработка и тестирование FROSTI — полномасштабного прототипа для управления лазерными волнами на экстремальных уровнях мощности внутри обсерватории.
LIGO — это обсерватория, которая фиксирует гравитационные волны — колебания пространства-времени, вызванные массивными объектами, такими как сливающиеся черные дыры. Она первой подтвердила их существование, тем самым еще раз продемонстрировав правильность теории относительности Эйнштейна. LIGO использует два лазерных интерферометра длиной 4 км в штатах Вашингтон и Луизиана для регистрации этих сигналов, открывая новое окно в изучение Вселенной и углубляя наше понимание черных дыр, космологии и экстремальных состояний материи.
Зеркала LIGO — одни из самых точных и тщательно спроектированных компонентов обсерватории. Каждое зеркало имеет диаметр 34 см, толщину 20 см и весит около 40 кг. Они должны оставаться абсолютно неподвижными, чтобы фиксировать искажения в пространстве-времени размером менее 1/1000 диаметра протона. Даже малейшая вибрация или воздействие окружающей среды могут заглушить сигнал гравитационных волн.
Основой инновации Ричардсона является новое устройство адаптивной оптики, которое позволяет точно изменять форму поверхностей основных зеркал LIGO с помощью лазера мощностью более 1 МВт. Это в более чем миллиард раз мощнее обычной лазерной указки и почти в пять раз мощнее используемого в LIGO сегодня. Эта технология открывает новые горизонты для будущей гравитационно-волновой астрономии. Это важный шаг к созданию детекторов нового поколения, таких как Cosmic Explorer, которые смогут заглянуть в неизведанные глубины Вселенной.
FROSTI, сокращение от FROnt Surface Type Irradiator, представляет собой точную систему управления чувствительной фронтальной поверхностью. Она противодействует искажениям, возникающим из-за интенсивного лазерного нагрева оптики LIGO. В отличие от существующих систем, которые могут проводить лишь грубую настройку, FROSTI использует сложную систему тепловизионной проекции для точной коррекции более высокого порядка. Это критически важно для точности детекторов.
Несмотря на свое «ледяное» название (frost по-английски означает «мороз»), FROSTI работает за счет аккуратного нагревания поверхности зеркала, но так, чтобы вернуть ему первоначальную оптическую форму. Система создает индивидуальную схему нагрева, используя тепловое излучение, что сглаживает искажения, не создавая постороннего фона, способного имитировать гравитационные волны.
Гравитационные волны были впервые зарегистрированы обсерваторией LIGO в 2015 году, что положило начало новой эпохе в астрономии. Однако для полного раскрытия их потенциала будущие детекторы должны с еще большей точностью отслеживать удаленные события.
По словам Ричардсона, это требует расширения возможностей как мощности лазера, так и точности настройки на квантовом уровне. Проблема заключается в том, что увеличение мощности лазера может разрушить хрупкие квантовые состояния, на которые разработчики пол
Фото: hi-tech.mail.ru