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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.
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 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 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.
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 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.
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.
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.
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.
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.