Des physiciens américains créent un interféromètre laser capable de détecter des ondes gravitationnelles
Un interféromètre laser, installé aux États-Unis, a été conçu pour mer des distances avec une précision extrême, capable de détecter des variations mille fois plus petites que la taille d’un proton. Les détecteurs LIGO, qui constituent cet instrument, ont pour mission de capter les ondes gravitationnelles, des ondulations de l’espace-temps prédites par Einstein il y a plus d’un siècle. Pour atteindre cet objectif, les physiciens ont creusé deux bras de quatre kilomètres de long, formant un gigantesque L couché sur le sol. Cependant, cette avancée technologique présente un paradoxe : plus l’instrument est sensible, plus il devient vulnérable aux perturbations environnementales.
Les installations LIGO, situées à Hanford dans l’État de Washington et à Livingston en Louisiane, reposent sur un principe simple. Un faisceau laser est envoyé dans deux bras perpendiculaires et réfléchi par des miroirs suspendus avant de se recombiner. Si une onde gravitationnelle traverse la Terre, elle étire un bras tout en comprimant l’autre, créant un décalage mesurable.
Les cavités Fabry-Perot, utilisées dans l’instrument, permettent au faisceau laser de parcourir l’équivalent de 1120 kilomètres dans chaque bras, permettant ainsi de détecter des variations de longueur des milliers de fois plus petites qu’un proton. Toutefois, à la fréquence de 10 Hz, le mouvement naturel du sol est environ dix ordres de grandeur plus important que les signaux que LIGO cherche à capter. Cela signifie que le bruit ambiant peut écraser complètement le signal recherché.
Les sites américains, bien qu’éloignés des côtes, sont sensibles aux vibrations sismiques causées par les vagues océaniques. Un ressac lointain ou un tremblement de terre à des milliers de kilomètres peut perturber les mes. Lors des premières campagnes d’observation d’Advanced LIGO, ces perturbations ont empêché l’instrument de fonctionner environ 18 % du temps.
Pour atténuer ces perturbations, les équipes de LIGO travaillent sur de nouvelles méthodes. Un algorithme d’intelligence artificielle, nommé Deep Loop Shaping, a récemment été introduit pour corriger le bruit parasite affectant les miroirs. Cet algorithme a montré des résultats prometteurs, réduisant les vibrations parasites de 30 à 100 fois par rapport aux méthodes traditionnelles. Cette amélioration renforce la sensibilité de LIGO dans une plage de fréquences cruciale pour détecter les fusions de trous noirs.
L’histoire de LIGO souligne que repousser les limites de la précision nécessite non seulement des machines plus puissantes, mais aussi une gestion des bruits environnants. Les physiciens de LIGO, à travers l’intégration de l’intelligence artificielle, ouvrent des perspectives qui vont au-delà de l’astrophysique, rappelant que même les instruments les plus avancés demeurent vulnérables à un monde en mouvement constant.
Source : SciencePost
