Улучшение обнаружения земных гравитационных волн с помощью «многоконтурной» геометрии
Интерферометрия «сигнализирует» о новой эре в астрономии, позволяя напрямую наблюдать гравитационные волны и нацеливать сигнал в широком спектре частот. Традиционные земные детекторы гравитационных волн в основном полагались на лазерные лучи, отражающиеся между эталонными зеркалами вдоль ортогональных базовых линий. Однако многие из этих детекторов ограничены в чувствительности на более низких частотах из-за флуктуаций ньютоновского шума.
Ученые предложили использовать атомные интерферометры, расположенные вдоль горизонтальных или вертикальных базовых линий, где лазерный луч манипулирует всеми интерферометрами, чтобы отслеживать изменения базовой линии, вызванные гравитационными волнами.
Этот подход открывает новый диапазон частот для наблюдения гравитационных волн, дополняя существующие лазерные интерферометры и планируемую космическую антенну лазерного интерферометра (LISA). Однако они часто сталкиваются с проблемами масштабируемости и ограничениями атомного расширения.
Шуберт и др. предложил еще один наземный детектор гравитационных волн на основе атомной интерферометрии с частотами от 0,3 до 5 Гц.
«Новинка нашего предложения по сравнению с другими заключается в его геометрии: как атомный интерферометр реализуется путем конкретного выбора когерентных взаимодействий атома и света», — сказал автор Кристиан Шуберт. «Он сочетает в себе многоконтурную геометрию с перезапусками, так что для последовательного управления парой атомных интерферометров в горизонтальной конфигурации требуется только одно соединение».
Эти интерферометры со «свернутой петлей» для горизонтальных антенн обещают несколько преимуществ. Они снижают требования к источникам, обеспечивающим ультрахолодные атомы для интерферометрии, а также влияние источников ошибок. Они также сочетают в себе преимущества вертикальной геометрии детектора с преимуществами горизонтальной базовой линии, особенно масштабируемость по длине, что повышает чувствительность детектора.
«Детектор может работать в широкополосном режиме для поиска сигнала, а затем переключаться в резонансный режим, увеличивая соотношение сигнал/шум на определенной частоте сигнала», — сказал Шуберт.
Источник: «Масштабируемый симметричный атомный интерферометр для обнаружения инфразвуковых гравитационных волн», авторы: К. Шуберт, Д. Шлипперт, М. Герземан, С. Абенд, Э. Гизе, А. Роура, В. П. Шляйх, В. Эртмер и Э. М. Разель. AVS Квантовая наука (2024). Статью можно найти по адресу https://doi.org/10.1116/5.0228398 .
