UR: Pengembangan detektor gelombang gravitasi yang lebih kecil dan lebih sensitif

Itu Seri Penelitian Sarjana Berikut kami perkenalkan penelitian itu kamu adalah melakukan. Jika Anda adalah seorang siswa yang telah berpartisipasi dalam REU atau proyek penelitian astro serupa dan ingin berbagi tentang Astrobites, silakan lihat Halaman pengiriman untuk lebih jelasnya. Kami juga ingin sekali mendengarnya Pengalaman penelitian Anda yang lebih umum!

Scott Mackey

Universitas California, Los Angeles (UCLA)

Scott C. Mackey adalah Jurusan Astrofisika Senior di UCLA dengan minat pada instrumentasi. Pekerjaan ini merupakan kelanjutan dari proyek REU musim panas di Pusat Eksplorasi Interdisipliner dan Penelitian Astrofisika di Universitas Northwestern dengan Prof. Selim Shahriar. Proyek ini dipresentasikan sebagai poster pada pertemuan ke-237 American Astronomical Society.

Pengamatan gelombang gravitasi saat ini didasarkan pada Interferometer Michelson seperti yang digunakan pada detektor LIGO atau VIRGO. Ini terdiri dari laser sepanjang beberapa kilometer yang mengganggu ketika ruang mengembang atau menyusut karena gelombang gravitasi yang datang. Selain biaya tinggi dan tantangan lain yang terkait dengan detektor bangunan dalam skala ribuan meter, kerugian lainnya adalah akurasi pengukurannya dibatasi oleh derau kuantum dasar. Untuk mengatasi masalah ukuran dan kebisingan, kami menyelidiki penggunaan detektor gelombang gravitasi berdasarkan penggunaan apa yang disebut detektor gelombang gravitasi. Laser superluminal. Laser ini mendapatkan namanya dari fakta bahwa kecepatan grup mereka lebih cepat daripada kecepatan nominal cahaya. Akibatnya, mereka menunjukkan dispersi negatif saat mereka merambat dan karena itu memiliki hubungan yang sangat sensitif antara frekuensi dan panjang rongga tempat mereka bergerak. Ketika gelombang gravitasi yang masuk menyebabkan ruang mengembang atau berkontraksi, kita dapat menggunakan hubungan yang sangat sensitif ini untuk mendeteksi perubahan panjang rongga laser pada jarak yang jauh lebih kecil daripada yang direntang oleh laser LIGO dan VIRGO. Kami memperkirakan bahwa detektor yang panjangnya hanya 10 meter dapat mencapai presisi yang sama seperti LIGO pada pita frekuensi yang sedikit lebih besar. Detektor yang lebih besar dari 10 meter akan mengalami noise kuantum yang jauh lebih sedikit daripada LIGO untuk presisi yang sangat ditingkatkan.

Untuk membantu dalam desain detektor baru ini, saya menjalankan simulasi perilaku superluminal untuk secara akurat memodelkan laser ini dan menentukan parameter mana yang mengoptimalkan penggunaan laser kami – seperti ukuran rongga, daya laser, dan frekuensi penggerak – agar dapat menangkap sinyal gelombang gravitasi yang jelas. Ini membutuhkan banyak perhitungan intensif pada superkomputer karena laser superluminal dihasilkan dengan memanfaatkan 39 Sub-level Zeeman dalam uap atom rubidium. Dengan menggunakan algoritme khusus yang dikembangkan oleh kelompok Shahriar, kami memecahkan operator 39 × 39 Hamilton untuk menentukan evolusi sistem kuantum yang menghasilkan laser dari waktu ke waktu. Ini termasuk pertimbangan tentang kopling antara subplanes dan kecepatan dispersi atom. Melalui simulasi ini, kita lebih dekat untuk memahami laser superluminal dan pada akhirnya membangun detektor gelombang gravitasi. Suatu hari nanti, banyak detektor gelombang gravitasi kecil dengan desain ini dapat ditempatkan di seluruh dunia dan di luar angkasa, memberi kita kemampuan untuk melakukan pengamatan gelombang gravitasi yang jauh lebih signifikan.

Astrobit diedit oleh Michael Hammer