In ETpathfinder wordt het observatorium voor zwaartekrachtgolven heruitgevonden

Wat is er mis met de bestaande observatoria voor zwaartekrachtgolven? 
Elise Van den Bossche: “Ze hebben veel last van wat we ‘noise’ of ‘ruis’ noemen, die de metingen verstoren. Omdat ze zich aan het aardoppervlak bevinden, zijn ze bijvoorbeeld gevoelig voor seismische trillingen. Dat willen we opvangen door de Einsteintelescoop enkele honderden meters onder de grond te bouwen, waar de trillingen meer gedempt zijn. Verder is er ook ‘thermal noise’ of ‘thermische ruis’. Het klinkt misschien vreemd, maar zelfs bij kamertemperatuur zijn de atomen van de spiegels van zo’n telescoop al te veel aan het trillen. Aangezien de metingen van zwaartekrachtgolven onwaarschijnlijk precies zijn, beïnvloeden de minste trillingen onze resultaten al. Daarom is besloten om de metingen in cryogene omstandigheden te laten verlopen, meer bepaald bij -200 graden Celsius. Maar dat levert dan weer een ander probleem op: bij die temperatuur begint glas nog veel meer te trillen. Ook daar moesten we een mouw aan zien te passen, en dat doen we door onze spiegels niet van glas, maar van silicium te maken. Helaas stootten we ook daarbij weer op een probleem; de laserstraal die we gebruikten wordt gewoon geabsorbeerd door die silicium spiegels in plaats van weerkaatst te worden. Ook dáár moest weer een oplossing voor worden gevonden. Die is er nu in de vorm van een laserstraal met een veel lagere frequentie  –  in het infraroodspectrum, zelfs. De combinatie van die drie nieuwe elementen (cryogene temperatuur, nieuw spiegelmateriaal en nieuwe golflengte) is nog nooit uitgeprobeerd. Het doel bij ETpathfinder is om de technologie hiervoor te ontwerpen, uit te testen en voor te bereiden voor Einsteintelescoop. Deze detector zal uiteindelijk uit twee delen bestaan waarin zowel de huidige (kamertemperatuur, glazen spiegels en de ‘gebruikelijk’ laserfrequentie) als deze nieuwe technologie gecombineerd worden, waardoor de gevoeligheid van de detector verhoogd wordt.” 

Dat klinkt als een ferme zoektocht… 
“Inderdaad, elke oplossing voor een van de problemen levert weer nieuwe uitdagingen op, als dominosteentjes die maar blijven vallen. Aangezien dit allemaal nieuwe technologie is, is er ook geen handleiding. Daarbij moeten we ook onderzoeken en aantonen dat de combinatie van al die verschillende oplossingen ook compatibel is met elkaar. Gelukkig kunnen we die experimenten hier in ETpathfinder doen – wat uiteindelijk een 10 meter lang prototype is voor de Einsteintelescoop. Stel je voor dat je al die obstakels moet overwinnen terwijl je metersdiep onder de grond zit… Het zal sowieso al een immense klus worden om de technologie die we nu in ons labo aan het ontwikkelen zijn later op een veel grotere schaal ondergronds na te bouwen.” 

Wat is jouw rol precies in dit project? 
“Ik heb tot nu toe meegewerkt aan twee onderdelen van de ETpathfinder. Het eerste is het zogenoemde local control system, waarmee we het schommelen van de spiegel corrigeren. Om zo weinig mogelijk hinder te ondervinden van trillingen van het aardoppervlak, die ook diep in de grond meetbaar zijn, hangen de spiegels die de laserstralen moeten terugkaatsen aan een soort slinger. Op het eerste gezicht roerloos, maar soms treden er minuscule schommelingen op, die de metingen uiteraard verstoren. Met dat local control system kunnen we die schommelingen precies meten en vervolgens met magneten onmiddellijk corrigeren.” 

Eigenlijk een beetje zoals je met een Active Noise Cancelling-hoofdtelefoon storende achtergrondgeluiden wegwerkt, als ik dat zo hoor?
“Inderdaad. Daar kun je het een beetje mee vergelijken. Maar een hele dure dan.” (lacht) 

En wat is je tweede project hier bij ETpathfinder? 
“Dat is de input mode cleaner, maar daar zijn we nog mee bezig. Die moet ervoor zorgen dat de laserstraal die we versturen zo puur, dus zo rond mogelijk is. Hoe meer we daarin slagen, hoe preciezer de metingen die we daarmee doen.” 

Zijn daarmee alle euvels overwonnen? 
“Oh nee, hoor. Bij de huidige detectoren heeft men bijvoorbeeld ook last van quantum noise. Dit is een soort ruis dat veroorzaakt wordt doordat de fotonen van een laserstraal niet netjes allemaal tegelijk op de spiegels terechtkomen, maar in groepjes. Dat gaan we dan weer oplossen met behulp van iets dat een quantum squeezer heet, kort door de bocht een soort trechter die de fotonen dichter op elkaar propt, waardoor ze een meer homogene groep vormen. Maar die quantum noise reduction-technieken voor de Einsteintelescoop moeten ook nog verder ontwikkeld en onderzocht worden. En bij dit project is het niet verrassend dat er voortdurend onverwachte problemen opduiken – aangezien dit nog nooit gedaan geweest is, dus wie wat er nog allemaal opduikt. Maar ook daar gaan we vast wel weer oplossingen voor vinden.”