UR: mniejszy, bardziej czuły projekt detektora fal grawitacyjnych

Plik Seria badań licencjackich W tym miejscu podkreślamy badania Jesteś na Akcja. Jeśli jesteś studentem, który uczestniczył w REU lub podobnym projekcie badań astronomicznych i chciałbyś podzielić się tym na Astrobites, sprawdź Strona aplikacji po więcej szczegółów. Chcielibyśmy też o tym usłyszeć Twoje najbardziej ogólne doświadczenie badawcze!

Scott Macy

Uniwersytet Kalifornijski w Los Angeles (UCLA)

Scott C. Mackie jest absolwentem astrofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim i interesuje się oprzyrządowaniem. Ta praca jest kontynuacją letniego projektu REU w Centrum Interdyscyplinarnych Badań i Badań Astrofizyki Uniwersytetu Northwestern z profesorem Salimem Shahryarem. Projekt został zaprezentowany jako plakat na 237. spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego.

Aktualne obserwacje fal grawitacyjnych zależą od: Interferometry Mickelson Podobnie jak w czujekach LIGO lub VIRGO. Składają się one z laserów o długości kilku kilometrów, które interferują, gdy przestrzeń jest rozszerzana lub kurczona przez padające fale grawitacyjne. Oprócz znacznych kosztów i innych wyzwań związanych z budowaniem detektorów w skali tysięcy metrów, inną wadą jest to, że ich pomiary są ograniczone w dokładności z powodu podstawowego szumu kwantowego. W celu rozwiązania problemów głośności i szumu badamy zastosowanie detektora fal grawitacyjnych opartego na wykorzystaniu tzw. Ultrajasny laser. Te lasery wzięły swoją nazwę od tego, że ich prędkość grupowa jest większa niż nominalna prędkość światła. W rezultacie wykazują one ujemną dyspersję podczas propagacji, a tym samym mają nadwrażliwy związek między ich częstotliwością a długością prześwitu, przez który podróżują. Kiedy nadchodząca fala grawitacyjna powoduje rozszerzanie się lub kurczenie przestrzeni, możemy wykorzystać tę nadwrażliwą zależność do wykrycia zmian w długości wnęki lasera na odległościach znacznie mniejszych niż te, które rozpinają lasery LIGO i VIRGO. W rzeczywistości szacujemy, że tylko 10-metrowy detektor może osiągnąć taką samą dokładność jak LIGO przy nieco większym zakresie częstotliwości. Detektory większe niż 10 metrów zaczną odczuwać znacznie mniejszy szum kwantowy niż LIGO, co znacznie poprawi dokładność.

Aby pomóc w zaprojektowaniu tego nowego detektora, przeprowadziłem symulacje ultra-jasnego zachowania, aby dokładnie zamodelować te lasery i określić parametry, które zoptymalizują nasze wykorzystanie laserów – takie jak rozmiar otworu, moc lasera i częstotliwość napędu, aby móc wykryć wyraźny sygnał fali grawitacyjnej. Wymaga to kilku matematycznych intensywnych operacji na superkomputerze, ponieważ ultrajasny laser jest tworzony przez wykorzystanie 39 Poziomy podrzędne Zemana W atomowych oparach rubidu. Korzystając ze specjalnego algorytmu opracowanego przez grupę Shahryara, rozwiązaliśmy hamiltonian 39 × 39, aby określić ewolucję w czasie układu kwantowego, który generuje laser. Obejmuje to rozważania dotyczące łączenia podpoziomów i szybkiego rozpraszania atomów. Przeprowadzając tę ​​symulację, jesteśmy bliżej zrozumienia ultrajasnego lasera i wreszcie zbudowania detektora fal grawitacyjnych. Któregoś dnia wiele małych detektorów fal grawitacyjnych tego projektu może zostać rozmieszczonych na całym świecie iw przestrzeni, dając nam możliwość prowadzenia większej liczby obserwacji fal grawitacyjnych.

Pod redakcją Astrobite Michael Hammer