Los científicos de Stanford liderarán un nuevo esfuerzo cooperativo nacional, el Centro de Colaboración Científica LIGO para la Investigación de Recubrimientos, para mejorar la detección de ondas gravitacionales en las instalaciones gemelas de LIGO.

LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, tiene un problema de escala:eventos que sacuden las galaxias, como la colisión recientemente revelada de dos estrellas de neutrones, ocurrieron tan lejos que los ecos tardaron 130 millones de años en viajar a nuestro planeta. Una colisión de agujeros negros detectada en 2015 fue aún más lejana, 1.300 millones de años luz de distancia.

Para cuando los efectos de estos eventos masivos lleguen a la Tierra, son lo suficientemente pequeños como para que solo puedan detectarse utilizando el equipo más sensible que los científicos puedan idear. Cambios en la distancia (detectados en los extensos brazos de cuatro kilómetros de LIGO) causados ​​por ondas gravitacionales. dijo el investigador de Stanford Riccardo Bassiri, son "mil veces más pequeñas que el tamaño de un núcleo atómico".

Cualquier "ruido" o desorden molecular introducido por los espejos puede oscurecer por completo las débiles señales de fuentes distantes de ondas gravitacionales.

"Es bastante asombroso, este cuatro kilómetros, enorme pieza de maquinaria, y los revestimientos de los espejos desempeñan un papel clave en la cantidad de eventos de ondas gravitacionales que podemos observar, "Dijo Bassiri. Al final, la sensibilidad de los interferómetros masivos de LIGO está limitada por las vibraciones a escala atómica de las moléculas en los espejos que reflejan los potentes láseres de las instalaciones. Estas vibraciones se conocen colectivamente como ruido térmico browniano. Según Bassiri, será la fuente de ruido dominante que limita la sensibilidad de LIGO, y un gran desafío para las futuras generaciones de las instalaciones.

El objetivo del nuevo centro, compuesto por 10 instituciones estadounidenses y dirigido en Stanford por Martin Fejer, profesor de física aplicada, será mejorar la sensibilidad de LIGO con mejores recubrimientos para sus interferómetros. Los investigadores esperan tener nuevos materiales listos a tiempo para la próxima actualización de las instalaciones de LIGO en tan solo tres años. Si tienen éxito y reducen a la mitad la cantidad de ruido térmico de los revestimientos del espejo, podrían expandir el volumen del universo que LIGO puede observar ocho veces más que las capacidades actuales.

Los recubrimientos en cuestión se componen de múltiples capas de no más de unos pocos cientos de nanómetros de espesor cada una, cientos de veces más delgadas que un cabello humano. En el pasado, los investigadores han seguido un proceso iterativo, creando un nuevo recubrimiento y luego probándolo, con la esperanza de mejorar las versiones anteriores.

A través del nuevo centro, Stanford será investigadores e instalaciones líderes en todo el país en lo que esperan sea un enfoque más específico. Por ejemplo, trabajando con colaboradores en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford del Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC, los científicos pueden inspeccionar los revestimientos de espejos recién diseñados a nivel atómico.

Con esta masa crítica de financiación y participación, "en lugar de seguir este enfoque edisoniano de prueba y error, podemos llegar a un proceso de materiales por diseño, "Dijo Bassiri." En última instancia, la recompensa de desarrollar mejores recubrimientos para LIGO será permitir aún más la exploración del universo a través de la astronomía de ondas gravitacionales ".