Det började med ett relativt enkelt mål:skapa en prototyp för en ny typ av enhet för att övervaka rörelsen hos underjordiska strukturer vid CERN. Men projektet - resultatet av ett samarbete mellan CERN och Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna, Ryssland – utvecklades snabbt. Prototypen förvandlades till flera fullskaliga enheter som potentiellt kan fungera som tidig varningssystem för jordbävningar och kan användas för att övervaka andra seismiska vibrationer. Vad mer, enheterna, kallade precisionslaserlutningsmetrar, kan användas på CERN och därefter. Forskarna bakom projektet testar nu en enhet vid Advanced Virgo-detektorn, som nyligen upptäckte gravitationsvågor - små krusningar i rymdtidens struktur som förutspåddes av Einstein för ett sekel sedan. Om allt går enligt planerna, den här enheten kan hjälpa gravitationsvågsjägare att minimera bruset som seismiska händelser har på vågornas signal.

Till skillnad från traditionella seismometrar, som upptäcker markrörelser genom deras effekt på vikter som hänger i fjädrar, Precision laser inclinometer (PLI) mäter deras effekt på ytan av en vätska. Mätningen görs genom att rikta laserljus mot en vätska och se hur den reflekteras. Jämfört med vikt-fjäder seismometrar, PLI kan detektera vinkelrörelse förutom translationell rörelse (upp-och-ner och sida-till-sida), och den kan ta upp lågfrekventa rörelser med mycket hög precision.

"PLI är extremt känslig, den kan till och med upptäcka vågorna på Genèvesjön under blåsiga dagar, " säger chefsutredare Beniamino Di Girolamo från CERN. "Den kan ta upp seismiska rörelser som har en frekvens mellan 1 mHz och 12,4 Hz med en känslighet på 2,4 × 10 ⁻⁵ μrad/Hz ^½ , " förklarar co-rektor utredare Julian Budagov från JINR. "Detta motsvarar att mäta en vertikal förskjutning på 24 picometers (24 biljondels meter) över ett avstånd på 1 meter, ", tillägger medföreståndare Mikhail Lyablin, även från JINR.

Teamet monterade och testade PLI-prototypen vid JINR och vid CERNs TT1-tunnel. Det fungerade så bra att det visade potential att vara ett användbart seismiskt system för tidig varning för High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) och andra maskiner och experiment. Large Hadron Collider och dess protonstrålar är extremt robusta mot seismisk aktivitet, men HL-LHC kommer att använda smalare strålar för att öka antalet proton-protonkollisioner och som ett resultat av potentialen för partikelfysiska upptäckter. Detta innebär att strålar är mer benägna att gå utanför centrum i händelse av en jordbävning med hög magnitud med ett epicentrum relativt nära CERN. PLI:er placerade på flera punkter längs maskinen kan fungera som tidig varningssystem för sådana händelser.

Med tanke på PLI:s potential, HL-LHC-projektet har stött teamet att konstruera flera nya PLI. En PLI är redan installerad vid Garni Seismic Observatory i Armenien och en annan har distribuerats med stöd av CERNs Knowledge Transfer-grupp och Italiens INFN-institut till European Gravitational Observatory, Italien, där Advanced Virgo ligger. Virgo PLI är resultatet av ett samarbete som startade efter APPEC-konferensen i november 2018, utlöst av JINR:s generaldirektör och uppmuntrad av CERN:s ledning. Samarbetet gick så smidigt att mindre än ett år efter, Virgo PLI testades.

Resultaten från de första testerna är uppmuntrande. Med bara 15 minuters data tagna den 6 augusti, PLI tog upp samma signaler som enheter som redan är installerade hos Jungfrun, och från den dagen och framåt började den gå kontinuerligt och upptäckte flera jordbävningar med liten magnitud. Jungfru- och PLI-teamen sätter nu upp dataflödet från PLI till Jungfruns datasystem. Detta kommer att göra det lättare att jämföra data från olika seismiska enheter och att bedöma PLI:s potentiella inverkan på Virgos drift och detektering av gravitationsvågor. "Jungfrun och de två LIGO-detektorerna i USA har nyligen påbörjat ytterligare ett sökande efter gravitationsvågor, en som kommer att nå djupare in i universum än tidigare sökningar, " säger före detta Jungfru-talesmannen Fulvio Ricci från La Sapienza University, Rom. "Vi är övertygade om att PLI kan spela en roll i denna viktiga sökning, " han lade till.