Nieuw laboratorium moet Einstein Telescope naar Limburg halen

Waarschijnlijk in 2021 besluiten de betrokken Europese landen waar de faciliteit gebouwd wordt. Belgische, Duitse en Nederlandse wetenschappers van onder andere onderzoeksinstituut Nikhef hopen op (Nederlands) Limburg en treffen nu al de voorbereidingen met de ET Pathfinder. Deze heeft twee armen van twintig meter die loodrecht op elkaar staan. Laserlicht kaatst tussen die spiegels heen en weer. De laserbundels doven elkaar precies uit via een verschijnsel dat interferentie heet.

Om de zwaarktekrachtgolven te detecteren creëren de onderzoekers een van de gevoeligste machines ter wereld. Alle mogelijke trillingen worden zorgvuldig uitgeroeid. Naast het feit dat de Limburgse ondergrond erg stabiel is door een harde ondergrond met daarboven een zachtere dempende laag, hangen de spiegels in het apparaat aan meervoudige slingers die schokken absorberen. De temperatuur wordt verlaagd tot tien graden boven het absolute nulpunt om thermische verstoringen uit te bannen. Onderzoekers van de Technische Universiteit Twente ontwikkelen daarvoor een speciale koeling zonder bewegende onderdelen.

De spiegels worden gemaakt van puur silicium uit een stuk, dat een extreem goede temperatuurgeleiding heeft en eventuele warmteontwikkeling van de lasers efficiënt afvoert. Daarop komt een coating van verschillende lagen die het laserlicht op een haar na perfect weerspiegelt. Ook de laser gebruikt trucjes, zoals het zogenoemde light squeezing, die ruis als gevolg van quantummechanische effecten onderdrukken. Tot slot komt de machine in hoogvacuüm te staan.

Nick Van Remortel is als universitair hoofddocent natuurkunde van de Universiteit Antwerpen betrokken bij de ontwikkeling van de ET Pathfinder en zegt dat vooral de combinatie van deze technieken in een opstelling uitdagend is. “Natuurlijk kunnen we de ervaring gebruiken die is opgedaan in eerdere observatoria voor zwaartekrachtgolven, maar in de praktijk beginnen we op veel vlakken opnieuw”, zegt hij. “Silicium spiegels met nanometerprecisie bij tien Kelvin (-263 graden Celsius – red.) met deze coating en megawatts aan laservermogen, dat heeft nog nooit iemand gedaan.”

Kansen voor Limburgse zwaartekrachtgolfastronomie

De kans dat de Einstein Telescope in Limburg wordt gebouwd en niet op een alternatieve locatie zoals Sardinië is groter dan vijftig procent, denkt Van Remortel. “De afgelopen anderhalf jaar hebben we flinke stappen gezet en in ieder geval in België vrijwel iedere universiteit aan boord gekregen. Ik denk dat we met de ET Pathfinder een streepje voor hebben op de andere locatie.”

Wat nu volgt een politieke en financiële test. Zijn de deelnemers bereid om te betalen? Met ruim een miljard euro vergt de ET een flinke investering, maar gezien de wetenschappelijke potentie van het zwaartekrachtgolfvakgebied lijkt financiering geen struikelblok te worden. De Europese Commissie onderzoekt de financiering in het kader van hun programma voor grote wetenschappelijke infrastructurele projecten. “Binnen een jaar moeten we garanties hebben”, zegt Van Remortel. “Dan kan de bouw in 2025 beginnen, met 2030 als streefdatum voor de opening.” Ambitieus, beaamt hij.

Mocht het Limburgse ET-feestje toch niet doorgaan dan is het geld voor de Pathfinder, waar de Belgische en Nederlandse overheid respectievelijk zeven en 3,5 miljoen euro aan bijdragen, niet verspild, vindt Van Remortel. “We gaan hier twee of drie decennia lang nieuwe technieken ontwikkelen voor gravitatietelescopen. Ik kan me zomaar voorstellen dat de Amerikanen uiteindelijk ook aankloppen om hier tests te doen voor hun volgende detector”, zegt hij. “Bovendien gaat dit laboratorium verkenningen doen voor nieuwe toepassingen, ook buiten de astronomie. Denk aan koeling voor het maken van micro-elektronica, optica voor chirurgie en telecommunicatie, materiaalkunde voor zonnecellen. Er is genoeg te ontdekken.”