R&D-lab ETpathfinder

De Einstein Telescope moet veel nauwkeuriger worden dan de bestaande zwaartekrachtsgolfobservatoria. Hiervoor zijn nieuwe en betere technologieën nodig, die voor een deel nog ontwikkeld moeten worden. Dit gaat plaatsvinden in een speciaal R&D-lab: de ETpathfinder. Hier zullen wetenschappers en bedrijven samen werken aan vacuüminstallaties, koeling, spiegels & spiegelcoatings, trillingsdempers en meet- en regelsoftware. Hoewel het gaat om technologie voor zwaartekrachtsgolfmetingen, zal dit lab nieuwe kennis opleveren die breder toepasbaar is.

ETpathfinder: een uniek R&D-lab

Het idee voor een R&D-lab voor zwaartekrachtsgolfobservatoria is niet nieuw. De bestaande observatoria van LIGO en Virgo zouden nooit zo precies zijn geweest zonder R&D-gerichte faciliteiten in Hannover, Glasgow en Californië. Maar de ETpathfinder gaat een stap verder en maakt het mogelijk om tests uit te voeren bij extreem lage temperaturen. Het wordt de eerste faciliteit in zijn soort die siliciumspiegels kan koelen. Dat is een belangrijke stap om ruis te onderdrukken en preciezer te kunnen meten. Omdat dit uniek is, zal het wetenschappers en bedrijven van over de hele wereld aantrekken.

Samenwerking wetenschap en bedrijven

Bij ETpathfinder zijn nu al 15 kennisinstellingen in Nederland, België en Duitsland betrokken, die in deze proeftuin gaan samenwerken met bedrijven. Het is belangrijk dat de bedrijven vroeg betrokken zijn, zodat ze kunnen meedenken en de maakbaarheid van nieuwe technologieën kunnen garanderen. Als bedrijven en wetenschappers samenwerken, levert dit bovendien nieuwe kennis en expertise op. Dit is belangrijk voor de bouw van de Einstein Telescope. Daarnaast kunnen bedrijven met de ontwikkelde technologieën weer nieuwe producten ontwikkelen en in de markt zetten.

Tijdlijn

Op dit moment zijn de samenwerkende kennisinstellingen bezig om de laatste financiering rond te krijgen. Volgens de planning, zal in 2021 de cleanroom klaar zijn en wordt de ETpathfinder in 2023 in gebruik genomen. De faciliteit zal daarna minimaal tien jaar in gebruik zijn.

Hoe het eruitziet en werkt

De ETpathfinder wordt een proeftuin voor laserinterferometrie: de techniek die gebruikt wordt om zwaartekrachtsgolven te meten. Hoe dat werkt zie je in het filmpje:

Een laserstraal wordt gesplitst in twee bundels en aan de uiteindes van de armen teruggekaatst door middel van spiegels. De stralen komen weer samen en worden opgevangen op een detector. De twee laserstralen kunnen elkaar op de detector uitdoven, of juist versterken. Dit hangt af van het lengteverschil tussen de armen. Als er een zwaartekrachtsgolf langskomt, vervormt de ruimtetijd een heel klein beetje. Een van de armen wordt nu tijdelijk iets korter dan de andere. Dit levert een flikkering op in het signaal dat de detector opvangt: een vingerafdruk van de zwaartekrachtsgolf.

De ETpathfinder zal bestaan uit een grote stofvrije hal met een stabiele temperatuur: een cleanroom. Hierin kunnen de komende twintig tot dertig jaar verschillende vormen van laserinterferometers worden opgesteld. De hoofdopstelling zal bestaan uit twee armen van elk 20 meter lang. Dat is niet genoeg om zwaartekrachtsgolven waar te nemen, maar wel om allerlei technieken te ontwikkelen en testen.

 

impressie van ETpathfinder
Afbeelding: Marco Kraan, Nikhef
De opstelling heeft meerdere torens, met daarin trillingsvrije tafels. In de centrale torens bevinden zich de laser en de detector. Het laserlicht wordt gesplitst en gaat de twee ‘armen’ in. In de vier torens aan de armen komen spiegels met een speciale coating die het laserlicht heen en weer kaatsen. Deze spiegels kunnen gekoeld worden tot wel -153 °C (en in de toekomst hopelijk zelfs tot -263 °C!).