Das Bachelor-Forschungsreihe Hier heben wir die Forschung hervor Du bist dran Aktion. Wenn Sie ein Student sind, der an einem REU oder einem ähnlichen astronomischen Forschungsprojekt teilgenommen hat und dies über Astrobites teilen möchte, überprüfen Sie dies bitte Bewerbungsseite für mehr Details. Wir würden auch gerne davon hören Ihre allgemeinste Forschungserfahrung!

Scott Macy

Die Universität von Kalifornien, Los Angeles (UCLA)

Scott C. Mackie ist Senior in Astrophysik an der University of California mit Interesse an Instrumentierung. Diese Arbeit ist eine Fortsetzung des REU-Sommerprojekts am Zentrum für interdisziplinäre Erforschung und Forschung der Astrophysik der Northwestern University mit Professor Salim Shahryar. Das Projekt wurde auf dem 237. Treffen der American Astronomical Society als Poster präsentiert.

Die aktuellen Beobachtungen von Gravitationswellen hängen ab von: Interferometer Mickelson Wie bei LIGO- oder VIRGO-Detektoren. Diese bestehen aus mehreren Kilometern langen Lasern, die sich gegenseitig stören, wenn sich der Raum durch die einfallenden Gravitationswellen ausdehnt oder zusammenzieht. Neben den erheblichen Kosten und anderen Herausforderungen, die mit Gebäudedetektoren im Maßstab von Tausenden von Metern verbunden sind, besteht ein weiterer Nachteil darin, dass ihre Messungen aufgrund des grundlegenden Quantenrauschens in ihrer Genauigkeit begrenzt sind. Um Probleme mit Lautstärke und Rauschen zu lösen, untersuchen wir die Verwendung eines Gravitationswellendetektors, der auf der Verwendung eines sogenannten Gravitationswellendetektors basiert Der ultrahelle Laser. Diese Laser haben ihren Namen von der Tatsache, dass ihre Gruppengeschwindigkeit schneller als die nominelle Lichtgeschwindigkeit ist. Infolgedessen zeigen sie während der Ausbreitung eine negative Dispersion und haben daher eine überempfindliche Beziehung zwischen ihrer Frequenz und der Länge des Lumens, durch das sie wandern. Wenn eine ankommende Gravitationswelle dazu führt, dass sich der Raum ausdehnt oder zusammenzieht, können wir diese überempfindliche Beziehung verwenden, um Änderungen der Laserhohlraumlänge in Abständen zu erfassen, die viel kleiner sind als die von den LIGO- und VIRGO-Lasern überspannten. Tatsächlich schätzen wir, dass nur ein 10-Meter-Detektor in einem etwas größeren Frequenzbereich die gleiche Genauigkeit wie LIGO erreichen kann. Detektoren mit einer Größe von mehr als 10 Metern erfahren viel weniger Quantenrauschen als LIGO, um die Genauigkeit erheblich zu verbessern.

Um das Design dieses neuen Detektors zu unterstützen, habe ich Simulationen des ultraleichten Verhaltens durchgeführt, um diese Laser genau zu modellieren und Parameter zu bestimmen, die unseren Einsatz von Lasern optimieren – wie Bohrungsgröße, Laserleistung und Antriebsfrequenz, um in der Lage zu sein ein bestimmtes Gravitationswellensignal zu erfassen. Dies erfordert mehrere mathematisch intensive Operationen auf einem Supercomputer, da der ultrahelle Laser durch Ausnutzen von 39 erzeugt wird Zeman-Unterebenen In atomarem Rubidiumdampf. Mit einem speziellen Algorithmus, der von Shahryars Gruppe entwickelt wurde, haben wir 39 × 39 Hamilton gelöst, um die zeitliche Entwicklung des Quantensystems zu bestimmen, das den Laser erzeugt. Dies beinhaltet Überlegungen zur Kopplung zwischen Unterebenen und zur schnellen Dispersion der Atome. Durch diese Simulation sind wir dem Verständnis eines ultrahellen Lasers und dem Bau eines Gravitationswellendetektors näher gekommen. Eines Tages könnten viele kleine Gravitationswellendetektoren dieses Designs auf der ganzen Welt und im Weltraum platziert werden, was uns die Möglichkeit gibt, Gravitationswellen genauer zu beobachten.

Hrsg. Von Astrobite Michael Hammer