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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.
Due specchi da 40 chilogrammi distano quattro chilometri l'uno dall'altro e, prima che un rivelatore di onde gravitazionali possa ascoltare l'universo, devono essere portati in quiete e mantenuti nelle posizioni esatte grazie alla luce laser. Il dottor Jian Liu, dell'Università dell'Australia Occidentale, e i suoi coautori hanno testato un nuovo modo di svolgere questo compito, che continua a funzionare quando gli specchi sono rivestiti con il materiale di cui avrà bisogno il prossimo aggiornamento di 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 rileva le increspature dello spazio-tempo generate dalla collisione di buchi neri, misurando variazioni di distanza 1.000 volte più piccole della larghezza di un protone. Il prossimo aggiornamento userà nuovi rivestimenti cristallini per gli specchi, per migliorarne la sensibilità. Il problema è che questi rivestimenti assorbono la luce laser verde su cui si basa l'attuale sistema di bloccaggio. Senza un metodo di bloccaggio che eviti quella luce, i rivestimenti non possono essere usati come 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 risposta del team è la luce infrarossa a 1596 nanometri, una lunghezza d'onda che i nuovi rivestimenti non assorbono. Cristalli speciali convertono questa luce di bloccaggio e il laser principale da 1064 nanometri del rivelatore in luce verde. Questo segnale verde condiviso permette di passare il controllo in modo fluido dal laser di bloccaggio a quello principale. Nella dimostrazione del team il passaggio ha richiesto circa 60 secondi, un tempo che Liu ha descritto come molto più rapido del sistema attuale, e il risultato si è ripetuto con successo per diversi giorni di prove.
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.
Il team stima inoltre l'errore di misura tra i due laser in circa un decimo della larghezza di un atomo, anche quando viene misurato lungo un braccio di LIGO di quattro chilometri. Gli autori presentano questo dato come una stima basata sui loro risultati, non come un valore misurato su un braccio di lunghezza completa, e i test sono stati condotti come dimostrazione nello studio, non su un rivelatore in funzione.
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.
Per i team che lavorano sui rivelatori, il risultato significa che i nuovi rivestimenti degli specchi non devono aspettare un metodo di bloccaggio adatto a loro. Per gli astronomi, significa una strada verso un rivelatore più sensibile, capace di captare la collisione di buchi neri e stelle di neutroni più lontani. Lo studio non indica una data in cui una versione aggiornata di LIGO adotterebbe lo schema, né spiega come verrebbe integrato nell'hardware esistente dello strumento.