Австралийский национальный университет (ANU) сообщил 1 октября, что за три года разработал и нанёс оптические покрытия на два светоделителя для LIGO — обсерватории, которая ищет гравитационные волны от столкновений чёрных дыр и нейтронных звёзд. Работы координирует OzGrav, центр ARC по обнаружению гравитационных волн. Об этом говорится в пресс-релизе ANU, распространённом через phys.org.

Каждый светоделитель — это диск диаметром 45 см из одного из самых чистых стёкол в мире, массой больше 20 кг. Покрытие на одной стороне делит лазерный луч ровно пополам; на другой стороне нанесено сверхнизкоотражающее покрытие, которое, по данным ANU, более чем в 1000 раз эффективнее обычного покрытия очковых линз и снижает помехи. Толщину плёнки выдерживали с точностью до одного-двух нанометров почти на полуметре — разница от края до края в несколько атомов, как сформулировал директор Центра гравитационной астрофизики ANU Роберт Уорд.

Чтобы добиться этого, команда собрала восемь автоматизированных систем: они очищают, измеряют и перемещают детали без контакта с человеком. Работа шла в новой чистой комнате Research School of Physics, где требования к чистоте сопоставимы с производством полупроводников. По словам Дина Хики из ANFF OptoFab ACT, подходящих машин в мире мало, поэтому оборудование пришлось строить самим.

ANU называет себя одной из двух групп в мире, способных делать такие покрытия по нужным стандартам; вторую не называет. Числовых данных о том, насколько именно вырастет чувствительность LIGO после установки этих светоделителей, в сообщении нет, рецензируемой статьи с методикой и измерениями тоже нет. Не сказано и когда детекторы получат новые компоненты.

Зачем вообще такая точность

LIGO ловит гравитационные волны, измеряя изменения расстояния порядка миллионной доли миллиардной доли толщины человеческого волоса, а роль линейки играет предельно чистый лазерный луч. Любая неровность покрытия или лишний отражённый фотон искажает картину света и маскирует сигнал. Поэтому плёнку на светоделителе приходится делать настолько однородной, чтобы она сама не вносила искажений.

Представим условную ситуацию: если на одном краю диска покрытие окажется на пару атомов толще, чем на другом, отражённая часть луча придёт с чуть другой фазой, и в интерференционной картине появится слабый паразитный узор. Он не «сломает» детектор, но добавит шум там, где ищут сигнал на пределе чувствительности. Именно от такого разброса и уходят, выдерживая нанометровую точность по всей поверхности.

Для студентов и аспирантов, которым нужно разобрать физику интерферометров, оптических покрытий или методов прецизионных измерений в своей работе, полезна отдельная услуга — научная статья: там помогают собрать обзор и оформить текст по теме.

Схема прохождения лазерного луча через светоделитель с покрытием и влияния однородности плёнки на интерференционную картину