Sinds deze week zijn in Italië de werkzaamheden hervat aan de Advanced Virgo detector voor zwaartekrachtsgolven bij Pisa. Het meetinstrument wordt uitgebreid met een extra optisch systeem dat ruis in de lasers en spiegels verder onderdrukt.
Advanced Virgo is een detector voor ruimtetrillingen met twee haaks op elkaar geplaatste laserarmen in vacuüm van twee kilometer lang, ondergebracht in tunnels aan het aardoppervlak. Een passerende zwaartekrachtsgolf verandert heel even de lengte van de laserarmen, waardoor de lichtsignalen elkaar even afwisselend uitdoven en versterken.
In de noord-zuidgeoriënteerde lasertunnel wordt een extra trilholte van 300 meter lang geplaatst, die met quantumtechnieken de laserbundels rustiger maakt. NWO gaf in 2018 3,5 miljoen euro voor het project, dat de gevoeligheid van Virgo met een factor acht zal verbeteren.
Vanwege de coronacrisis was Virgo sinds maart uit bedrijf. Dat geldt ook voor de Amerikaanse partner-instrumenten van LIGO. De detectoren speuren naar trillingen van de ruimte zelf uit de kosmos, veroorzaakt door botsende zwarte gaten of neutronensterren. Einsteins relativiteitstheorie voorspelde een eeuw geleden al zulke trillingen. In 2015 werden ze voor het eerst gemeten.
Om de nieuwe apparatuur te kunnen plaatsen is bij de noord-zuidtunnel een nieuwe toegangsweg aangelegd. In de tunnel zelf moeten delen worden verhoogd, om de opstelling erin kwijt te kunnen en bereikbaar voor onderhoud.
De eigenlijke ruisonderdrukker wordt door Italiaanse en Nederlandse technici gebouwd. Het gaat om een zogeheten Fabry-Perot interferometer met spiegels aan de uiteinden waartussen laserlicht heen en weer kaatst.
In de cleanroom van Nikhef in Amsterdam is na drie maanden sluiting sinds begin juni weer gewerkt aan de trillingsvrije mechanische ophangingen voor de spiegels in de opstelling. Dit gebeurt onder leiding van Nikhef-onderzoeker Alessandro Bertolini. Hij schat dat de eerste ophangingen midden-september naar Pisa kunnen. Een Italiaans bedrijf bouwt een kopie.
De apparatuur moet in het najaar geplaatst worden, een paar maanden later dan aanvankelijk gepland. In Pisa in Nikhef-onderzoeker Matteo Tacca gestationeerd om de verbeteringen aan Advanced Virgo te coördineren. Wanneer Virgo en LIGO eventueel hun meetprogramma hervatten, is nog onbekend, zegt Tacca.
Het nieuwe systeem is een zogeheten light squeezer, die natuurlijke fluctuaties in frequentie en intensiteit van de laserbundels wegfiltert. Daarbij wordt het quantumprincipe van Heisenberg toegepast, waarin precisie in intensiteit en in timing van een lichtgolf communicerende vaten zijn. Als de een precies is, is de ander onprecies.
De nieuwe opstelling optimaliseert dat principe voor ieder stadium van een binnenkomende ruimtetijdtrilling. Daardoor kunnen die trillingen veel preciezer in beeld gebracht worden. Die precisie is nodig omdat juist uit de details van de trillingen veel is af te leiden over de objecten die diep in de kosmos op elkaar botsten. Dat is interessant voor astronomen en maakt tests van de relativiteitstheorie mogelijk.
Het is voor het eerst dat Frequency Dependent Squeezing (FDS) in de praktijk wordt gebracht. Ook LIGO werkt eraan, zij het dat de oplopende coronacrisis in de VS het werk daar nog steeds lamlegt. Een datum voor de heropening van de LIGO-detectoren in Washington en Louisiana is nog niet bekend gemaakt, zegt Bertolini.
