Innovationen bei Gravitationswellendetektoren könnten dabei helfen, kosmische Geheimnisse zu entschlüsseln

Von der University of the West of Scotland, 9. Juni 2023

Ein bedeutender Fortschritt in der Dünnschichttechnologie hat das Potenzial, die Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren zu erhöhen und ein tieferes Verständnis des Universums zu ermöglichen. Die neue Technik wurde am Institut für Dünnfilme, Sensoren und Bildgebung der UWS entwickelt und beinhaltet die Herstellung dünner Filme mit reduziertem thermischen Rauschen, wodurch ihre Erkennungskapazität verbessert wird.

Forscher haben eine Dünnschichttechnologie entwickelt, die die Empfindlichkeit des Gravitationswellendetektors erhöht. Dieser Durchbruch verspricht, unser Verständnis des Universums zu vertiefen, den Nachweisbereich kosmischer Ereignisse zu erweitern und könnte hochpräzisen Geräten wie Atomuhren und Quantencomputern zugute kommen.

New frontiers in the study of the universe – and gravitational wavesGravitational waves are distortions or ripples in the fabric of space and time. They were first detected in 2015 by the Advanced LIGO detectors and are produced by catastrophic events such as colliding black holes, supernovae, or merging neutron stars." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Gravitationswellen – wurden nach einem Durchbruch von Forschern der University of the West of Scotland (UWS) entdeckt.

Die bahnbrechende Entwicklung in der Dünnschichttechnologie verspricht eine Steigerung der Empfindlichkeit aktueller und zukünftiger Gravitationswellendetektoren. Die von Wissenschaftlern am Institute of Thin Films, Sensors and Imaging (ITFSI) der UWS entwickelte Innovation könnte das Verständnis der Natur des Universums verbessern.

Gravitationswellen, die erstmals von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurden, sind Wellen im Gefüge der Raumzeit, die durch die energiereichsten Ereignisse im Kosmos wie Verschmelzungen von Schwarzen Löchern und Kollisionen von Neutronensternen verursacht werden. Die Entdeckung und Untersuchung dieser Wellen liefert unschätzbare Einblicke in die grundlegende Natur des Universums.

Dr. Carlos Garcia Nuñez, Dozent an der School of Computing, Engineering and Physical Sciences (CEPS), sagte: „Am Institut für Dünnfilme, Sensoren und Bildgebung arbeiten wir hart daran, die Grenzen von Dünnschichtmaterialien zu erweitern und neue zu erforschen Techniken zu ihrer Abscheidung und Kontrolle ihrer Eigenschaften, um den Anforderungen der aktuellen und zukünftigen Sensortechnologie zur Erkennung von Gravitationswellen gerecht zu werden.

„Die Entwicklung hochreflektierender Spiegel mit geringem thermischen Rauschen eröffnet ein breites Anwendungsspektrum, das von der Erkennung von Gravitationswellen aus kosmologischen Ereignissen bis zur Entwicklung von Quantencomputern reicht.“

Die in dieser Arbeit verwendete Technik – ursprünglich entwickelt und patentiert von Professor Des Gibson, Direktor des UWS-Instituts für Dünnfilme, Sensoren und Bildgebung – könnte die Herstellung dünner Filme ermöglichen, die ein geringes „thermisches Rauschen“ erreichen. Die Reduzierung dieser Art von Rauschen in Spiegelbeschichtungen ist wichtig, um die Empfindlichkeit aktueller Gravitationswellendetektoren zu erhöhen – was die Erkennung eines breiteren Spektrums kosmologischer Ereignisse ermöglicht – und könnte zur Verbesserung anderer hochpräziser Geräte wie Atomuhren eingesetzt werden Quantencomputer.

Professor Gibson sagte: „Wir freuen uns, diese hochmoderne Dünnschichttechnologie zur Gravitationswellenerkennung vorstellen zu können. Dieser Durchbruch stellt einen bedeutenden Fortschritt in unserer Fähigkeit dar, das Universum zu erforschen und seine Geheimnisse durch die Untersuchung von Gravitationswellen zu entschlüsseln. Wir glauben daran.“ Der Fortschritt wird den wissenschaftlichen Fortschritt auf diesem Gebiet beschleunigen und neue Wege für Entdeckungen eröffnen.“

„Die Dünnschichttechnologie der UWS wurde in Zusammenarbeit mit renommierten Wissenschaftlern und Forschungseinrichtungen bereits umfassenden Tests und Validierungen unterzogen. Die Ergebnisse stießen auf große Begeisterung und weckt die Vorfreude auf ihre zukünftigen Auswirkungen auf das Gebiet der Gravitationswellenastronomie. Die Technologie zur Beschichtungsabscheidung wird derzeit entwickelt.“ kommerzialisiert durch das UWS-Spinout-Unternehmen Albasense Ltd.

Die Entwicklung von Beschichtungen mit geringem thermischen Rauschen wird nicht nur zukünftige Generationen von Gravitationswellendetektoren präziser und empfindlicher gegenüber kosmischen Ereignissen machen, sondern auch neue Lösungen für Atomuhren und Quantenmechanik liefern, die beide für die Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung von großer Bedeutung sind 7, 9 und 11.

Reference: "Amorphous dielectric optical coatings deposited by plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">„Plasmaionenunterstützte Elektronenstrahlverdampfung für Gravitationswellendetektoren“ von Carlos Garcia Nuñez, Gavin Wallace, Lewis Fleming, Kieran Craig, Shigeng Song, Sam Ahmadzadeh, Caspar Clark, Simon Tait, Iain Martin, Stuart Reid, Sheila Rowan und Des Gibson, 23. Februar 2023, Applied Optics.DOI: 10.1364/AO.477186