Os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de espelho deformável que pode aumentar a sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais baseados no solo, como o Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). O LIGO avançado mede ondulações fracas no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais, que são causados ​​por eventos distantes, como colisões entre buracos negros ou estrelas de nêutrons.

"Além de melhorar os detectores de ondas gravitacionais de hoje, esses novos espelhos também serão úteis para aumentar a sensibilidade em detectores de próxima geração e permitir a detecção de novas fontes de ondas gravitacionais, "disse o líder da equipe de pesquisa Huy Tuong Cao, da University of Adelaide node do Australian Centre of Excellence for Gravitational Waves Discovery (OzGrav).

Espelhos deformáveis, que são usados ​​para moldar e controlar a luz do laser, têm uma superfície feita de pequenos espelhos que podem ser movidos, ou acionado, para mudar a forma geral do espelho. Conforme detalhado no jornal The Optical Society (OSA) Óptica Aplicada , Cao e seus colegas têm, pela primeira vez, fez um espelho deformável com base no efeito bimetálico em que uma mudança de temperatura é usada para atingir o deslocamento mecânico.

"Nosso novo espelho oferece uma ampla faixa de atuação com grande precisão, "disse Cao." A simplicidade do projeto significa que ele pode transformar a ótica comercialmente disponível em um espelho deformável sem nenhum equipamento complicado ou caro. Isso o torna útil para qualquer sistema onde o controle preciso da forma do feixe é crucial. "

A nova tecnologia foi concebida por Cao e Aidan Brooks do LIGO como parte de um programa de visitantes entre a Universidade de Adelaide e o Laboratório LIGO, financiado pelo Australian Research Council e National Science Foundation.

Construindo um espelho melhor

Os detectores de ondas gravitacionais baseados em solo usam luz laser viajando para frente e para trás pelos dois braços de um interferômetro para monitorar a distância entre os espelhos nas extremidades de cada braço. As ondas gravitacionais causam uma variação leve, mas detectável, na distância entre os espelhos.

Detectar essa pequena mudança requer direção e modelagem extremamente precisas do feixe de laser, que é realizado com um espelho deformável.

“Estamos chegando a um ponto em que a precisão necessária para melhorar a sensibilidade dos detectores de ondas gravitacionais está além do que pode ser obtido com as técnicas de fabricação usadas para fazer espelhos deformáveis, "disse Cao.

A maioria dos espelhos deformáveis ​​usa espelhos finos para induzir uma grande quantidade de atuação, mas esses espelhos finos podem produzir dispersão indesejável porque são difíceis de polir. Os pesquisadores projetaram um novo tipo de espelho deformável usando o efeito bimetálico, anexando um pedaço de metal a um espelho de vidro. Quando os dois são aquecidos juntos, o metal se expande mais do que o vidro, fazendo com que o espelho se curve.

O novo design não apenas cria uma grande quantidade de atuação precisa, mas também é compacto e requer modificações mínimas nos sistemas existentes. Tanto os espelhos de sílica fundida quanto as placas de alumínio usados ​​para criar o espelho deformável estão disponíveis comercialmente. Para anexar as duas camadas, os pesquisadores selecionaram cuidadosamente um adesivo de colagem que maximizasse a atuação.

"Importante, o novo design tem menos superfícies ópticas para o feixe de laser viajar, disse Cao. "Isso reduz a perda de luz causada pela dispersão ou absorção de revestimentos."

Caracterização de precisão

A criação de um espelho altamente preciso requer técnicas precisas de caracterização. Os pesquisadores desenvolveram e construíram um sensor frontal de onda Hartmann de alta sensibilidade para medir como as deformações do espelho mudavam a forma da luz laser.

"Este sensor foi crucial para nosso experimento e também é usado em detectores gravitacionais para medir mudanças mínimas na óptica do núcleo do interferômetro, "disse Cao." Nós o usamos para caracterizar o desempenho de nossos espelhos e descobrimos que os espelhos eram altamente estáveis ​​e tinham uma resposta muito linear às mudanças de temperatura. "

Os testes também mostraram que o adesivo é o principal fator limitante da faixa de atuação dos espelhos. Os pesquisadores estão atualmente trabalhando para superar a limitação causada pelo adesivo e realizarão mais testes para verificar a compatibilidade antes de incorporar os espelhos ao Advanced LIGO.