Vous n'avez probablement pas remarqué l'onde gravitationnelle qui s'est propagée à travers la Terre au petit matin du 4 janvier, 2017, mais grâce à une utilisation sophistiquée de la technologie du vide, une paire d'interféromètres laser extrêmement sensibles, l'un dans l'État de Washington et l'autre en Louisiane, détecté le faible grondement de deux trous noirs en collision à quelque 3 milliards d'années-lumière.
Dans une présentation lors du 64ème Symposium et Exposition International AVS, qui se tiendra du 31 octobre au nov. 2, 2017, à Tampa, Floride, les astrophysiciens Rai Weiss (qui, avec deux autres, a reçu le prix Nobel de physique 2017) et Michael Zucker du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), exploité par Caltech et le Massachusetts Institute of Technology, décrira comment les scientifiques et les ingénieurs de LIGO ont conçu et construit l'ingénieux, système à ultra-vide. Le système fait partie intégrante de ce qui permet d'identifier les ondes gravitationnelles, d'infimes distorsions dans le tissu de l'espace et du temps qui se propagent à la vitesse de la lumière.
"Les ondes gravitationnelles générées par l'accélération d'une paire de trous noirs se déplacent vers l'extérieur comme des vagues dans un étang, " Weiss a dit. " Les distorsions de l'espace qu'ils induisent s'affaiblissent inversement proportionnellement à leur distance de la source, ainsi les ondes voyageant des milliards d'années-lumière vers la terre ne peuvent être détectées que si l'on peut mesurer une distance de 10^-18 mètres -1/10, 000e de la largeur d'un proton, c'est-à-dire la quantité infime que les miroirs de notre interféromètre sont déplacés par une onde qui passe."
Pour accomplir la tâche herculéenne, Weiss a expliqué, les miroirs sont suspendus aux deux extrémités des deux bras de 4 kilomètres de l'interféromètre LIGO. Les miroirs forment une cavité optique dans laquelle la lumière peut rebondir plusieurs fois le long des bras. Un faisceau laser est envoyé à travers un séparateur à la jonction des bras, séparer la lumière en deux faisceaux. Les cavités optiques réfléchissent les faisceaux vers le séparateur où ils sont fusionnés en une seule entité, qui frappe alors un photodétecteur.
"Si les faisceaux divisés ont parcouru la même distance dans les deux cavités optiques, les deux faisceaux vont 'interférer de manière destructive, ' C'est, s'annulent au photodétecteur, " a déclaré Zucker. "Mais si la longueur des bras change de sorte qu'un faisceau passe plus de temps dans sa cavité tandis que le deuxième faisceau passe moins de temps dans l'autre - comme ils le feront un tout petit peu lorsqu'une onde gravitationnelle traverse le système - les ondes lumineuses ne sont pas annulés et de la lumière est enregistrée sur le photodétecteur."
Donc, Comment la technologie du vide joue-t-elle un rôle pour y parvenir ? Weiss a déclaré que les molécules de tout gaz présent dans les bras de l'interféromètre pourraient diffuser la lumière laser ou produire un bruit dominant qui masquerait les petits changements dans les faisceaux dus aux ondes gravitationnelles. Le fonctionnement sous vide élimine ces problèmes, ainsi que le risque supplémentaire de molécules de gaz générées thermiquement provoquant des fluctuations dans la longueur des cavités.
La lourde tâche de l'équipe LIGO, Zucker a dit, était de concevoir et de construire un système efficace, pourtant économique, système permettant d'atteindre le vide extrême nécessaire à l'interféromètre :100 nanopascals, un billionième d'une atmosphère et équivalent à la quasi-absence de pression en orbite terrestre basse.
Dans leur présentation, Weiss et Zucker se concentreront sur l'expertise en physique fondamentale et en ingénierie nécessaire pour construire et faire fonctionner le deuxième plus grand système de vide ultrapur au monde, relever des défis tels que 40 jours de « pumpdown » constant pour atteindre la pression de fonctionnement optimale, 30 jours de chauffage des tubes (bras) pour chasser les gaz résiduels, et le fonctionnement et la surveillance 24h/24 et 7j/7 des pompes à ions et des cryopompes à azote liquide qui maintiennent l'interféromètre LIGO exempt de contaminants.
