La lumière infrarouge verrouille les miroirs de LIGO en laboratoire

Deux miroirs de 40 kilogrammes sont séparés de quatre kilomètres, et avant qu'un détecteur d'ondes gravitationnelles puisse écouter l'univers, ils doivent être immobilisés et maintenus exactement dans la bonne position grâce à la lumière laser. Le Dr Jian Liu, de l'université d'Australie-Occidentale, et ses coauteurs ont testé une nouvelle façon d'accomplir cette tâche, qui continue de fonctionner lorsque les miroirs sont recouverts du matériau dont la prochaine mise à niveau de LIGO a besoin.

LIGO détecte les ondulations de l'espace-temps créées par la collision de trous noirs en mesurant des variations de distance 1 000 fois plus petites que la largeur d'un proton. La prochaine mise à niveau utilisera de nouveaux revêtements cristallins pour améliorer la sensibilité. Le problème est que ces revêtements absorbent la lumière laser verte sur laquelle repose le système de verrouillage actuel. Sans méthode de verrouillage évitant cette lumière, les revêtements ne peuvent pas être utilisés comme prévu.

La réponse de l'équipe est une lumière infrarouge de 1 596 nanomètres, une couleur que les nouveaux revêtements n'absorbent pas. Des cristaux spéciaux convertissent cette lumière de verrouillage, ainsi que le laser principal du détecteur de 1 064 nanomètres, en lumière verte. Ce signal vert commun permet de transférer le contrôle en douceur du laser de verrouillage vers le laser principal. Le passage a pris environ 60 secondes lors de la démonstration de l'équipe, ce que Liu a décrit comme beaucoup plus rapide que le système actuel, et il a de nouveau réussi au cours de plusieurs jours d'essais répétés.

L'équipe estime également l'erreur de mesure entre les deux lasers à environ un dixième de la largeur d'un atome, même lorsqu'elle est mesurée le long d'un bras de LIGO de quatre kilomètres. Les auteurs présentent ce chiffre comme une estimation issue de leurs résultats, et non comme une valeur mesurée sur un bras de pleine longueur, et les tests ont été menés sous forme de démonstration dans l'étude plutôt que sur un détecteur en service.

Pour les équipes de détecteurs, ce résultat signifie que les nouveaux revêtements de miroirs n'ont pas à attendre une méthode de verrouillage qui leur convienne. Pour les astronomes, il ouvre la voie à un détecteur plus sensible, capable de capter la collision lointaine de trous noirs et d'étoiles à neutrons. L'étude ne donne pas de date à laquelle une version améliorée de LIGO adopterait ce schéma, et elle ne précise pas comment il serait intégré au matériel existant de l'instrument.