Laboratoire R&D ETpathfinder

Le télescope Einstein devra être beaucoup plus précis que les observatoires d’ondes gravitationnelles existants. Cela nécessitera d’inventer de nouvelles technologies et d’améliorer les technologies existantes. Ces travaux se dérouleront dans un laboratoire spécial de recherche et développement : l’ETpathfinder. Des scientifiques et des entreprises y collaboreront sur des installations de vide, sur le refroidissement, les miroirs et leurs revêtements, sur les atténuateurs de vibrations et sur les logiciels de mesure et de contrôle. Même s’il se concentrera sur les technologies de mesure des ondes gravitationnelles, ce laboratoire fournira de nouvelles connaissances qui pourront être appliquées plus largement.

ETpathfinder : un laboratoire de R&D unique en son genre

L’idée d’un laboratoire de R&D pour les observatoires d’ondes gravitationnelles n’est pas nouvelle. Les observatoires existants LIGO et Virgo n’auraient jamais été aussi précis sans les installations de Hanovre, de Glasgow et de Californie axées sur la R&D. Mais l’ETpathfinder ira plus loin et permettra d’effectuer des tests à des températures extrêmement basses. Ce sera la première installation de ce type qui refroidira des miroirs de silicium. Il s’agit d’une étape importante pour supprimer le bruit et pouvoir mesurer avec plus de précision. Comme elle sera unique, elle attirera des scientifiques et des entreprises du monde entier.

Coopération entre la science et les entreprises

ETpathfinder implique déjà 15 centres d’expertise aux Pays-Bas, en Belgique et en Allemagne, qui collaboreront dans ce laboratoire d’expérimentation avec des entreprises. Il est important que les entreprises soient impliquées à un stade précoce, afin qu’elles puissent réfléchir et garantir la faisabilité des nouvelles technologies. De plus, lorsque les entreprises et les scientifiques collaborent, ils génèrent toujours de nouvelles connaissances et compétences, ce qui sera essentiel pour la construction du télescope Einstein. De plus, les entreprises pourront utiliser les technologies développées pour mettre au point et commercialiser de nouveaux produits.

Chronologie

Récemment, le site du Duboisdomein 30 à Maastricht a été acheté pour l’ETpathfinder. La construction débutera en 2020 et la salle blanche devrait être achevée en 2021. L’ETpathfinder devrait être opérationnel en 2023. Le laboratoire sera alors exploité pendant au moins dix ans.

Composition et fonctionnement

L’ETpathfinder sera un laboratoire d’interférométrie laser – la technique utilisée pour mesurer les ondes gravitationnelles. Vous pouvez voir comment cela fonctionne dans la vidéo :

Un rayon laser est divisé en deux faisceaux et réfléchi aux extrémités des bras à l’aide de miroirs. Les rayons sont à nouveau combinés et sont capturés par un détecteur. Les deux faisceaux laser peuvent s’annuler ou s’amplifier mutuellement sur le détecteur. Cela dépend de la différence de longueur entre les bras. Si une onde gravitationnelle passe, l’espace-temps se déforme un petit peu. L’un des bras est maintenant temporairement légèrement plus court que l’autre. Il en résulte un clignotement dans le signal que reçoit le détecteur : une empreinte de l’onde gravitationnelle.

L’ETpathfinder se compose d’un grand hall sans poussière à une température stable : une chambre blanche. Au cours des vingt à trente prochaines années, différentes formes d’interféromètres laser pourront y être installés. L’installation principale sera composée de deux bras de 20 mètres de long chacun. Ce n’est pas assez pour détecter les ondes gravitationnelles, mais cela suffit pour développer et tester toutes sortes de techniques.

 

impressie van ETpathfinder
Illustration ETpathfinder, Nikhef
L’installation disposera de plusieurs tours, contenant des tables sans vibrations. Les tours centrales comprendront le laser et le détecteur. Le faisceau laser sera scindé et pénétrera dans les deux bras. Les quatre tours sur les bras comprendront des miroirs avec un revêtement spécial qui réfléchissent la lumière du laser et lui font faire un aller et retour. Ces miroirs peuvent être refroidis jusqu’à -153 °C (et jusqu’à -263 °C à l’avenir !).