Miralls

 

En un detector d'ones gravitacionals, els miralls actuen com a “masses de prova” que senten la influència de les ones gravitacionals. Això els converteix en quelcom molt important per al detector, per la qual cosa han de dissenyar-se de forma molt precisa a diversos nivells.

Els miralls en un detector d'ones gravitacionals tenen dues parts, el substrat i el recobriment. El substrat és la part principal del mirall i es tracta bàsicament d'una gran peça transparent de vidre o cristall. En el futur detector Advanced LIGO el substrat serà una peça cilíndrica d'un vidre especial, anomenat sílice fos, de 34 cm de diàmetre i un gruix de 20 cm! Per a donar a un mirall les seves característiques reflectores s'hi aplica el recobriment sobre el substrat. Els recobriments estan fets d'unes quantes capes, s'hi alternen successivament capes de materials amb alt i baix índex de refracció. En cada unió d'aquests dos tipus de capes es reflectix un poc de llum, així que com més capes hi ha, més alta és la reflectivitat total del recobriment.

Miralls de GEO 600

Miralls "netejadors" de modes òptics de GEO 600. Crèdits: Albert Einstein Institute Hannover.

Els miralls han de ser súper llisos perquè la llum del làser no es dispersi en la direcció equivocada i es perdi. També han d'estar sempre extremadament nets perquè fins i tot una mica polsim pot arruïnar un feix pur i reduir la sensibilitat del detector.

La majoria dels miralls del detector han de transmetre un poc de llum alhora que en reflecteixen, per la qual cosa és crucial que el substrat sigui molt transparent. Tota la llum que siga absorbida en el substrat no arribarà a l'interferòmetre i a més també escalfarà el centre del mirall, creant una "lent tèrmica", la qual cosa pot causar altres problemes en el detector.

Tenir pèrdues òptiques baixes és una de les propietats crucials per als miralls, però, quines altres propietats hem de considerar quan triam els materials per a fer els miralls? Resulta que també és molt important que els materials tenguin pèrdues mecàniques baixes. Tenir pèrdues mecàniques baixes vol dir que si colpeges lleugerament el mirall per a fer-lo sonar, hauria de continuar sonant durant una bona estona abans de parar. Això és molt important per a minimitzar el soroll tèrmic dels miralls; una font de soroll que prové de les diminutes vibracions tèrmiques dels àtoms que el formen! Si el mirall té pèrdues mecàniques molt petites, les vibracions es poden confinar a un rang molt petit entorn de la freqüència de ressonància del mirall, que està fora del rang de freqüències en què esperem veure ones gravitacionals.

Els materials cristal·lins tendeixen a ser els materials amb les pèrdues mecàniques i òptiques més baixes, la qual cosa els converteix en una bona elecció per als miralls. El futur detector japonès LCGT usarà miralls de safir que pesen desenes de quilos (quin anell de compromís es podria fer amb això!). Altres materials cristal·lins inclouen sílice i silici. Per descomptat el diamant seria encara millor, però és molt difícil aconseguir un diamant tan gran!