ظهر علم المواد مرة أخرى لاستكشاف الفضاء. الباحثون في مرصد مقياس التداخل بالليزر لموجات الجاذبية ( ليغو ) طوروا طلاءًا يمكن أن يزيد من حساسية LIGO تقريبًا من حيث الحجم. سيؤدي ذلك إلى زيادة معدل الكشف عن موجات الجاذبية يسعى المرصد من حوالي مرة في الأسبوع إلى مرة واحدة يوميًا ، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة حجم المساحة التي يمكن لمقاييس التداخل الخاصة بالمرصد جمع الإشارات منها.
قد يكون من المثير للصدمة أن شيئًا بسيطًا مثل الطلاء يمكن أن يؤثر بشكل كبير على تجربة علمية ، لكن هذا لم يكن مجرد طلاء بسيط. تم تصميمه خصيصًا لتحويل الزجاج الموضوع في مقياس التداخل الخاص بـ LIGO إلى مرآة. يعد امتلاك مرآة عاكسة للغاية أمرًا ضروريًا لامتلاك أداة عالية الحساسية ، حيث تعكس المرايا أشعة الليزر المستخدمة لقياس موجات الجاذبية نفسها. ومع ذلك ، فإن الطلاءات المستخدمة في جعل هذه المرايا عاكسة يمكن أن تحدث قدرًا ضئيلًا من الضوضاء للأداة التي تنتج عادةً عن امتصاص المادة نفسها لبعض الحرارة من الحزمة. لسوء الحظ ، في الحساسيات التي يبحث عنها LIGO ، قد يكون لهذا الكم الصغير من الضوضاء تأثير كبير على النتائج.
إحدى قطع الزجاج المطلية في غرفة الاختبار بشعاع ليزر أحمر.
الائتمان - معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
لذلك ، كان تطوير طلاء أفضل أمرًا محوريًا في الجهود المبذولة لتحسين حساسية LIGO. الآن ، يعتقد Gabriele Vajente ، كبير الباحثين في LIGO و Caltech ، أن لديه حلًا. ربما الأهم من ذلك أنه طور أداة لإيجاد حلول أفضل في المستقبل.
أفضل حل حالي توصل إليه الدكتور فاجينتي وفريقه هو مزيج من التيتانيوم وأكسيد الجرمانيوم ، والذي يمتص أقل قدر من الطاقة في المرآة نفسها. هذا الامتصاص هو السبب الجذري للضوضاء التي تدخل في النظام. وبالتالي ، فإن امتصاص أقل يعني ضوضاء أقل.
إنشاء غرفة الاختبار التجريبي.
الائتمان - معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
سيتم وضع الطلاء على المرايا التي يبلغ وزنها 40 كجم (88 رطلاً) باستخدام تقنية مشابهة لترسيب الطبقة الذرية (ALD). تتحد ذرات الجرمانيوم والتيتانيوم مع الأكسجين ثم تترسب مباشرة على المرآة.
يعد اختبار فعالية الطلاء أمرًا مختلفًا تمامًا. عادة ، قد يستغرق الاختبار ما يزيد عن أسبوع ، مما يحد من عدد مجموعات المواد المختلفة التي يمكن اختبارها. ثم طور الدكتور فاجينتي وفريقه تقنية حيث يكون وقت الاختبار هذا مؤتمتًا بالكامل ويستغرق حوالي ثماني ساعات.
فيديو UT يصف أحدث حملة رصدية لـ LIGO.
سمح وقت التحول السريع هذا للفريق بالتكرار على العديد من الهياكل المادية الممكنة بطرق لم تكن ممكنة من قبل. النتيجة الجرمانيوم و ثاني أكسيد التيتانيوم يمكن أن يقلل الطلاء من الضوضاء في مرايا مقياس التداخل في LIGO بمقدار النصف ، والذي ، من خلال القوانين الجميلة للهندسة والرياضيات ، سيسمح لهم باكتشاف الإشارات من مساحة أكبر من أي وقت مضى.
قبل أن يبدأ هذا التحسين الكبير في إحداث فرق ، يجب تنفيذه. لسوء الحظ ، مع الجداول الزمنية الحالية للمشروع ، يبدو أن أول تشغيل للرصد يمكن استخدام الطلاء الجديد فيه سيحدث فقط حوالي عام 2025. الحملة التالية ، الرابعة من LIGO ، والمخطط لها أن تبدأ في عام 2022 ، من السابق لأوانه اعتماد تقنية طلاء جديدة تمامًا .
غابرييل فاجينتي - كبير علماء LIGO في مشروع الطلاء.
الائتمان - معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
لحسن الحظ ، يمكن أن تكون تقنية الطلاء الأساسية وأجهزة الاختبار مفيدة في مجالات أخرى ، مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية وتصنيع أشباه الموصلات. وفقًا لـ David Reitze ، المدير التنفيذي لـ LIGO ، 'هذا هو أكبر تقدم في تطوير الطلاء البصري الدقيق لـ LIGO في العشرين عامًا الماضية'. الآن هذا إنجاز يجب الاحتفال به.
يتعلم أكثر:
معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا - توسيع نطاق وصول LIGO إلى الكون
خطابات المراجعة المادية - فقدان ميكانيكي منخفض TiO2: طلاء GeO2 لتقليل الضوضاء الحرارية في مقاييس التداخل بموجات الجاذبية
بصري - قد تؤدي الطلاءات الضوئية منخفضة الضوضاء إلى تضخم وصول LIGO
هاي تك جليتز - تتلقى LIGO طلاءات مرآة جديدة لتوسيع نطاقها
الصورة الرئيسية:
طلاء جديد على عينة من الزجاج.
الائتمان - معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
