Gli scienziati di Stanford guideranno un nuovo sforzo cooperativo nazionale, il Centro di collaborazione scientifica LIGO per la ricerca sui rivestimenti, per migliorare il rilevamento delle onde gravitazionali presso le strutture gemelle LIGO.
LIGO, l'Osservatorio delle onde gravitazionali dell'interferometro laser, ha un problema di scala:eventi che scuotono le galassie come la collisione recentemente rivelata di due stelle di neutroni sono avvenuti così lontano che gli echi hanno impiegato 130 milioni di anni per raggiungere il nostro pianeta. Una collisione di buchi neri rilevata nel 2015 era ancora più lontana, 1,3 miliardi di anni luce di distanza.
Quando gli effetti di questi enormi eventi raggiungono la Terra, sono abbastanza piccoli da poter essere rilevati solo utilizzando le apparecchiature più sensibili che gli scienziati potrebbero ideare. Cambiamenti nella distanza (come rilevati sui tentacolari bracci di quattro chilometri di LIGO) causati dalle onde gravitazionali, ha affermato il ricercatore di Stanford Riccardo Bassiri, sono "mille volte più piccole delle dimensioni di un nucleo atomico".
Qualsiasi "rumore" o disordine molecolare introdotto dagli specchi può oscurare completamente i deboli segnali provenienti da lontane sorgenti di onde gravitazionali.
"È abbastanza sorprendente, questo quattro chilometri, un enorme macchinario - e i rivestimenti sugli specchi svolgono questo ruolo chiave in quanti eventi di onde gravitazionali possiamo osservare, " disse Bassiri. Alla fine, la sensibilità degli interferometri massicci di LIGO è limitata dalle vibrazioni su scala atomica delle molecole negli specchi che riflettono i potenti laser delle strutture. Queste vibrazioni sono note collettivamente come rumore termico browniano. Secondo Bassiri, sarà la fonte di rumore dominante che limita la sensibilità di LIGO, e una grande sfida per le future generazioni delle strutture.
L'obiettivo del nuovo centro, composto da 10 istituzioni statunitensi e guidato a Stanford da Martin Fejer, professore di fisica applicata, sarà quello di migliorare la sensibilità di LIGO con rivestimenti migliori per i suoi interferometri. I ricercatori sperano di avere nuovi materiali pronti in tempo per il prossimo aggiornamento delle strutture LIGO entro tre anni. Se hanno successo e dimezzano la quantità di rumore termico dai rivestimenti degli specchi, potrebbero espandere il volume dell'universo che LIGO può osservare otto volte rispetto alle capacità attuali.
I rivestimenti in questione sono composti da più strati non più grandi di poche centinaia di nanometri di spessore ciascuno, centinaia di volte più sottili di un capello umano. Nel passato, i ricercatori hanno seguito un processo iterativo, creare un nuovo rivestimento e poi testarlo, sperando di migliorare rispetto alle versioni precedenti.
Attraverso il nuovo centro, Stanford guiderà ricercatori e strutture in tutto il paese in quello che sperano sarà un approccio più mirato. Per esempio, lavorando con i collaboratori presso la Stanford Synchrotron Radiation Lightsource dello SLAC National Accelerator Laboratory, gli scienziati possono ispezionare i rivestimenti degli specchi di nuova concezione a livello atomico.
Con questa massa critica di finanziamenti e partecipazione, "piuttosto che seguire questo approccio edisoniano per tentativi ed errori, possiamo arrivare a un processo di material-by-design, " disse Bassiri. "Alla fine, la ricompensa dello sviluppo di rivestimenti migliori per LIGO sarà quella di consentire ulteriormente l'esplorazione dell'universo attraverso l'astronomia delle onde gravitazionali".
