UR: menší a citlivější konstrukce detektoru gravitačních vln

The Série bakalářského výzkumu Zde zdůrazňujeme výzkum Jsi na Akce. Pokud jste vysokoškolák, který se účastnil projektu REU nebo podobného astronomického výzkumného projektu a chtěli byste to sdílet na Astrobites, zkontrolujte Stránka aplikace Více podrobností. Také bychom o tom rádi slyšeli Vaše nejobecnější výzkumná zkušenost!

Scott Macy

The University of California, Los Angeles (UCLA)

Scott C. Mackie je senior v astrofyzice na University of California se zájmem o přístrojové vybavení. Tato práce navazuje na letní projekt REU na Centru interdisciplinárního zkoumání a výzkumu v astrofyzice na Northwestern University s profesorem Salimem Shahryarem. Projekt byl prezentován jako plakát na 237. zasedání Americké astronomické společnosti.

Aktuální pozorování gravitačních vln závisí na: Interferometry Mickelson Jako ty, které se používají v detektorech LIGO nebo VIRGO. Skládají se z laserů o délce několika kilometrů, které interferují, když se prostor rozšiřuje nebo smršťuje dopadajícími gravitačními vlnami. Kromě významných nákladů a dalších výzev spojených s detektory budov v měřítku tisíc metrů je další nevýhodou to, že jejich měření jsou kvůli přesnému kvantovému šumu omezena v přesnosti. Abychom vyřešili problémy s objemem a hlukem, zkoumáme použití detektoru gravitačních vln založeného na použití tzv. Ultra jasný laser. Tyto lasery dostaly svůj název podle skutečnosti, že jejich skupinová rychlost je rychlejší než nominální rychlost světla. Výsledkem je, že během šíření vykazují negativní disperzi a mají tak hypersenzitivní vztah mezi jejich frekvencí a délkou lumenu, kterým procházejí. Když příchozí gravitační vlna způsobí rozpínání nebo smršťování prostoru, můžeme tento hypersenzitivní vztah použít k detekci změn v délce laserové dutiny ve vzdálenostech mnohem menších, než jsou ty, které překlenují lasery LIGO a VIRGO. Ve skutečnosti odhadujeme, že pouze 10metrový detektor může dosáhnout stejné přesnosti jako LIGO při mírně větším frekvenčním rozsahu. Detektory větší než 10 metrů začnou zažívat mnohem menší kvantový šum než LIGO, což výrazně zvýší přesnost.

Abych pomohl navrhnout tento nový detektor, provádím simulace ultra-světelného chování, abych přesně modeloval tyto lasery a určil parametry, které optimalizují naše použití laserů – jako je velikost otvoru, výkon laseru a frekvence pohonu, abych mohl detekovat zřetelný signál gravitačních vln. To vyžaduje několik matematicky náročných operací na superpočítači, protože ultra jasný laser je vytvořen využitím 39 Zemanské podúrovně V atomové rubidiové páře. Pomocí speciálního algoritmu vyvinutého Shahryarovou skupinou jsme vyřešili hamiltonián 39 × 39, abychom určili časový vývoj kvantového systému, který generuje laser. To zahrnuje úvahy o vazbě mezi podúrovněmi a rychlé rozptýlení atomů. Spuštěním této simulace jsme blíže k pochopení ultra-jasného laseru a nakonec k vybudování detektoru gravitačních vln. Jednoho dne může být mnoho malých detektorů gravitačních vln tohoto designu umístěno po celém světě a ve vesmíru, což nám dá příležitost provádět další pozorování gravitačních vln.

Upravil Astrobite Michael Hammer