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Two 40-kilogram mirrors sit four kilometers apart, and before a gravitational wave detector can listen to the universe, they must be brought to rest and held in exactly the right positions by laser light. Dr. Jian Liu, from The University of Western Australia, and his co-authors have tested a new way to do that job, one that keeps working when the mirrors are coated with the material the next LIGO upgrade needs.
Dos espejos de 40 kilogramos están separados por cuatro kilómetros, y antes de que un detector de ondas gravitacionales pueda escuchar el universo, deben quedar inmóviles y mantenerse en las posiciones exactas mediante luz láser. El doctor Jian Liu, de la Universidad de Australia Occidental, y sus coautores han probado una nueva forma de hacer ese trabajo, que sigue funcionando cuando los espejos llevan el material que necesitará la próxima actualización de LIGO.
LIGO detects ripples in space-time created by colliding black holes by measuring changes in distance 1,000 times smaller than the width of a proton. The next upgrade will use new crystalline mirror coatings to improve sensitivity. The problem is that these coatings absorb the green laser light that the current locking system relies on. Without a locking method that avoids that light, the coatings cannot be used as planned.
LIGO detecta ondulaciones del espacio-tiempo provocadas por la colisión de agujeros negros, midiendo cambios de distancia 1.000 veces más pequeños que el ancho de un protón. La próxima actualización usará nuevos recubrimientos cristalinos en los espejos para mejorar la sensibilidad. El problema es que estos recubrimientos absorben la luz láser verde en la que se apoya el sistema de bloqueo actual. Sin un método de bloqueo que evite esa luz, los recubrimientos no pueden utilizarse como estaba previsto.
The team's answer is infrared light at 1596 nanometers, a color the new coatings do not absorb. Special crystals convert this locking light, and the detector's main 1064-nanometer laser, into green light. That shared green signal allows control to be handed over smoothly from the locking laser to the main laser. The handover took about 60 seconds in the team's demonstration, which Liu described as much faster than the current system, and it succeeded again over several days of repeated runs.
La respuesta del equipo es luz infrarroja de 1.596 nanómetros, un color que los nuevos recubrimientos no absorben. Unos cristales especiales convierten esta luz de bloqueo, y el láser principal de 1.064 nanómetros del detector, en luz verde. Esa señal verde compartida permite traspasar el control de forma suave del láser de bloqueo al láser principal. El relevo duró unos 60 segundos en la demostración del equipo, que Liu describió como mucho más rápido que el sistema actual, y volvió a funcionar con éxito durante varios días de pruebas repetidas.
The team also estimates the measurement error between the two lasers at about one-tenth the width of an atom, even when measured along a four-kilometer LIGO arm. The authors present this as an estimate from their results, not as a value measured over a full-length arm, and the tests were carried out as a demonstration in the study rather than on an operating detector.
El equipo también estima el error de medición entre los dos láseres en una décima parte del ancho de un átomo, incluso cuando se mide a lo largo de un brazo de LIGO de cuatro kilómetros. Los autores presentan esta cifra como una estimación derivada de sus resultados, no como un valor medido en un brazo de longitud completa, y las pruebas se realizaron como demostración en el estudio, no en un detector en funcionamiento.
For detector teams, the result means the new mirror coatings do not have to wait for a locking method that suits them. For astronomers, it means a route to a more sensitive detector that can pick up distant black holes and neutron stars colliding. The study does not give a date for when an upgraded LIGO would adopt the scheme, and it does not say how it would be integrated into the instrument's existing hardware.
Para los equipos de los detectores, el resultado significa que los nuevos recubrimientos no tienen que esperar a un método de bloqueo que se adapte a ellos. Para los astrónomos, supone una vía hacia un detector más sensible, capaz de captar la colisión de agujeros negros y estrellas de neutrones lejanas. El estudio no indica cuándo adoptaría LIGO actualizado este esquema y tampoco explica cómo se integraría en el hardware existente del instrumento.