Благодаря нанесению покрытия из оксидов титана и германия, зеркала в детекторе гравитационных волн LIGO позволят уменьшить уровень фонового шума вдвое. Это, в свою очередь, расширит область космоса, доступную для исследований в ходе следующего запуска детектора.
С момента первого обнаружения гравитационных волн в 2015 году лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO и европейская коллаборация Virgo зафиксировали десятки подобных событий. Существование гравитационных волн еще в начале прошлого века предсказал Альберт Эйнштейн. Он предположил, что ускоренное движение объектов с мощной гравитацией может вызывать волны, создающие искривления в пространстве-времени. Изучая гравитационные волны, ученые надеются ответить на фундаментальные вопросы о нашей Вселенной: например, как формируются черные дыры.
Свойства отражающего покрытия 40-килограммовых зеркал являются одним из факторов, сдерживающих обнаружение гравитационных волн, в обеих обсерваториях LIGO, расположенных в Ливингстоне (Луизиана) и Хэнфорде (Вашингтон). Эти массивные зеркала расположены перпендикулярно друг другу на расстоянии четырех километров от источника лазерного излучения. В каждом плече Г-образной системы свет достигает зеркала, отражается, возвращается и попадает в детектор. Если лазерный луч на своем пути сталкивается с гравитационными волнами, которые деформируют пространство, растягивая и сжимая его, это изменяет время его достижения детектором.
Чем эффективнее зеркала отражают свет лазера, тем выше чувствительность детектора. Однако, любое смещение зеркал, включая тепловые колебания атомов их поверхности, увеличивает уровень шума, что затрудняет выделение сигнала от гравитационных волн.
Ученым из Калифорнийского технического института, Государственного университета Колорадо, Монреальского университета и Стэнфордского университета удалось отчасти решить эту проблему. Они представили новый тип покрытия, состоящий из оксида титана и оксида германия (44% TiO 2 и 56% GeO2), это позволит снизить фоновый шум в зеркалах LIGO вдвое, что увеличит область космоса, доступную для наблюдений при последующих запусках, в восемь раз. Покрытие наносилось с использованием технологии ионно-лучевого распыления: атомы титана и германия отделялись от источника, затем взаимодействовали с кислородом и осаждались на поверхности стекла, формируя тонкие слои.
Благодаря новому покрытию, ученые смогут значительно увеличить частоту обнаружения гравитационных волн: вместо одного события в неделю, они смогут регистрировать одно или несколько событий ежедневно, считает Дэвид Рейтце, руководитель лаборатории LIGO, расположенной в Калифорнийском технологическом институте. Проверить это можно будет, возможно, в ходе пятого запуска LIGO, который намечен на 2024/2025 год.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Letters.