Разработка информационно-измерительного комплекса для регистрации высокочастотных гравитационных волн


https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000172

Полный текст:


Аннотация

В настоящее время существуют несколько международных проектов направленных на решение задачи регистрации гравитационных волн. К таким проектам относятся LIGO (США), VIRGO (Италия, Франция), TAMA-300 (Япония), GEO 600 (Германия) и др. Разработанные в рамках данных проектов детекторы направлены на регистрацию гравитационных волн редких астрофизических событий в частотном диапазоне 100 – 1000 Гц. Современные космологические теории предсказывают существование высокочастотных реликтовых гравитационных волн, которые появились на первоначальной стадии формирования Вселенной. Их регистрация возможна с помощью высокочастотных гравитационных детекторов в диапазоне 105 – 1010 Гц.

Необходимой составляющей детектора является система управления и обработки регистрируемых данных. Ее наличие позволяет обеспечить синхронизацию данных с нескольких независимых детекторов.

В работе описывается информационно-измерительный комплекс для отработки методики регистрации высокочастотных флуктуаций метрики пространства-времени и его основные элементы. Комплекс состоит из двух идентичных макетов, построенных на базе интерферометра Фабри-Перо с высокоотражающими зеркалами и двухметровым резонатором. В качестве лазера накачки используется твердотельный Nd:YAG лазер с длиной волны λ = 1064 нм. Сигнал регистрируется с помощью InGaAs приемника DET10N2, с рабочей спектральной областью 500-1700 нм и размером активной области 0,8мм2. Система синхронизации, описанная в работе, позволяет с минимальной временной задержкой считывать данные с нескольких независимых детекторов и одновременно привязать время регистрации к мировому.


Об авторах

И. С. Голяк
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Голяк Илья Семенович

м.н.с. НИЧ НУК ФН МГТУ им. Н.Э. Баумана



А. Н. Морозов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Морозов Андрей Николаевич

зав. кафедрой физики МГТУ им. Н.Э. Баумана,

SPIN-код: 1997-6040




А. Л. Назолин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Назолин Андрей Леонидович

с.н.с. НИЧ НУК ФН МГТУ им. Н.Э. Баумана,

SPIN-код: 3418-7060



С. Е. Табалин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Табалин Сергей Егорович

научный сотрудник НИЧ НУК "Фундаментальные науки" МГТУ им. Н.Э. Баумана



Список литературы

1. Abbott B.P., Abbott R., Adhikari R., Ajith P., Allen B., Allen G., Amin R.S., Anderson S.B., Anderson W.G., Arain M.A., Araya M., Armandula H., Armor P., Aso Y., Aston S., Aufmuth P., Aulbert C., Babak S., Baker P., Ballmer S., Barker C., Barker D., Barr B., Barriga P., Barsotti L., Barton M.A., Bartos I., Bassiri R., Bastarrika M., Behnke B., Benacquista M., Betzwieser J., Beyersdorf P.T., Bilenko I.A., Billingsley G., Biswas R., Black E., Blackburn J.K., Blackburn L., Blair D., Bland B., Bodiya T.P., Bogue L., Bork R., Boschi V., Bose S., Brady P.R., Braginsky V.B., Brau J.E., Bridges D.O., Brinkmann M., Brooks A.F., Brown D.A., Brummit A., Brunet G., Bullington A., Buonanno A., Burmeister O., Byer R.L., Cadonati L., Camp J.B., Cannizzo J., Cannon K.C., Cao J., Cardenas L., Caride S., Castaldi G., Caudill S., Cavaglià M., Cepeda C., Chalermsongsak T., Chalkley E., Charlton P., Chatterji S., Chelkowski S., Chen Y., Christensen N., Chung C.T.Y., Clark D., Clark J., Clayton J.H., Cokelaer T., Colacino C.N., Conte R., Cook D., Corbitt T.R.C., Cornish N., Coward D., Coyne D.C., Creighton J.D.E., Creighton T.D., Cruise A.M., Culter R.M., Cumming A., Cunningham L., Danilishin S.L., Danzmann K., Daudert B., Davies G., Daw E.J., DeBra D., Degallaix J., Dergachev V., Desai S., DeSalvo R., Dhurandhar S., Díaz M., Dietz A., Donovan F., Dooley K.L., Doomes E.E., Drever R.W.P., Dueck J., Duke I., Dumas J.-C., Dwyer J.G., Echols C., Edgar M., Effler A., Ehrens P., Espinoza E., Etzel T., Evans M., Evans T., Fairhurst S., Faltas Y., Fan Y., Fazi D., Fehrmenn H., Finn L.S., Flasch K., Foley S., Forrest C., Fotopoulos N., Franzen A., Frede M., Frei M., Frei Z., Freise A., Frey R., Fricke T., Fritschel P., Frolov V.V., Fyffe M., Galdi V., Garofoli J.A., Gholami I., Giaime J.A., Giampanis S., Giardina K.D., Goda K., Goetz E., Goggin L.M., González G., Gorodetsky M.L., Goßler S., Gouaty R., Grant A., Gras S., Gray C., Gray M., Greenhalgh R.J.S., Gretarsson A.M., Grimaldi F., Grosso R., Grote H., Grunewald S., Guenther M., Gustafson E.K., Gustafson R., Hage B., Hallam J.M., Hammer D., Hammond G.D., Hanna C., Hanson J., Harms J., Harry G.M., Harry I.W., Harstad E.D., Haughian K., Hayama K., Heefner J., Heng I.S., Heptonstall A., Hewitson M., Hild S., Hirose E., Hoak D., Hodge K.A., Holt K., Hosken D.J., Hough J., Hoyland D., Hughey B., Huttner S.H., Ingram D.R., Isogai T., Ito M., Ivanov A., Johnson B., Johnson W.W., Jones D.I., Jones G., Jones R., Ju L., Kalmus P., Kalogera V., Kandhasamy S., Kanner J., Kasprzyk D., Katsavounidis E., Kawabe K., Kawamura S., Kawazoe F., Kells W., Keppel D.G., Khalaidovski A., Khalili F.Y., Khan R., Khazanov E., King P., Kissel J.S., Klimenko S., Kokeyama K., Kondrashov V., Kopparapu R., Koranda S., Kozak D., Krishnan B., Kumar R., Kwee P., Lam P.K., Landry M., Lantz B., Lazzarini A., Lei H., Lei M., Leindecker N., Leonor I., Li C., Lin H., Lindquist P.E., Littenberg T.B., Lockerbie N.A., Lodhia D., Longo M., Lormand M., Lu P., Lubinski M., Lucianetti A., Lück H., Machenschalk B., MacInnis M., Mageswaran M., Mailand K., Mandel I., Mandic V., Márka S., Márka Z., Markosyan A., Markowitz J., Maros E., Martin I.W., Martin R.M., Marx J.N., Mason K., Matichard F., Matone L., Matzner R.A., Mavalvala N., McCarthy R., McClelland D.E., McGuire S.C., McHugh M., McIntyre G., McKechan D.J.A., McKenzie K., Mehmet M., Melatos A., Melissinos A.C., Menéndez D.F., Mendell G., Mercer R.A., Meshkov S., Messenger C., Meyer M.S., Miller J., Minelli J., Y Mino Y., Mitrofanov V.P., Mitselmakher G., Mittleman R., Miyakawa O., Moe B., Mohanty S.D., Mohapatra S.R.P., Moreno G., Morioka T., Mors K., Mossavi K., MowLowry C., Mueller G., Müller-Ebhardt H., Muhammad D., Mukherjee S., Mukhopadhyay H., Mullavey A., Munch J., Murray P.G., Myers E., Myers J., Nash T., Nelson J., Newton G., Nishizawa A., Numata K., O'Dell J., O'Reilly B., O'Shaughnessy R., Ochsner E., Ogin G.H., Ottaway D.J., Ottens R.S., Overmier H., Owen B.J., Pan Y., Pankow C., Papa M.A., Parameshwaraiah V., Patel P., Pedraza M., Penn S., Perraca A., Pierro V., Pinto I.M., Pitkin M., Pletsch H.J., Plissi M.V., Postiglione F., Principe M., Prix R., Prokhorov L., Punken O., Quetschke V., Raab F.J., Rabeling D.S., Radkins H., Raffai P., Raics Z., Rainer N., Rakhmanov M., Raymond V., Reed C.M., Reed T., Rehbein H., Reid S., Reitze D.H., Riesen R., Riles K., Rivera B., Roberts P., Robertson N.A., Robinson C., Robinson E.L., Roddy S., Röver C., Rollins J., Romano J.D., Romie J.H., Rowan S., Rüdiger A., Russell P., Ryan K., Sakata S., Sancho de la Jordana L., Sandberg V., Sannibale V., Santamaría L., Saraf S., Sarin P., Sathyaprakash B.S., Sato S., Satterthwaite M., Saulson P.R., Savage R., Savov P., Scanlan M., Schilling R., Schnabel R., Schofield R., Schulz B., Schutz B.F., Schwinberg P., Scott J., Scott S.M., Searle A.C., Sears B., Seifert F., Sellers D., Sengupta A.S., Sergeev A., Shapiro B., Shawhan P., Shoemaker D.H., Sibley A., Siemens X., Sigg D., Sinha S., Sintes A.M., Slagmolen B.J.J., Slutsky J., Smith J.R., Smith M.R., Smith N.D., Somiy K., Sorazu B., Stein A., Stein L.C., Steplewski S., Stochino A., Stone R., Strain K.A., Strigin S., Stroeer A., Stuver A.L., Summerscales T.Z., Sun K.-X., Sung M., Sutton P.J., Szokoly G.P., Talukder D., Tang L., Tanner D.B., Tarabrin S.P., Taylor J.R., Taylor R., Thacker J., Thorne K.A., Thüring A., Tokmakov K.V., Torres C., Torrie C., Traylor G., Trias M., Ugolini D., Ulmen J., Urbanek K., Vahlbruch H., Vallisneri M., Van Den Broeck C., Van der Sluys M.V., Van Veggel A.A., Vass S., Vaulin R., Vecchio A., Veitch J., Veitch P., Veltkamp C., Villar A., Vorvick C., Vyachanin S.P., Waldman S.J., Wallace L., Ward R.L., Weidner A., Weinert M., Weinstein A.J., Weiss R., Wen L., Wen S., Wette K., Whelan J.T., Whitcomb S.E., Whiting B.F., Wilkinson C., Willems P.A., Williams H.R., Williams L., Willke B., Wilmut I., Winkelmann L., Winkler W., Wipf C.C., Wiseman A.G., Woan G., Wooley R., Worden J., Wu W., Yakushin I., Yamamoto H., Yan Z., Yoshida S., Zanolin M., Zhang J., Zhang L., Zhao C., Zotov N., Zucker M.E., zur Mühlen H. and Zweizig J. LIGO: The laser interferometer gravitational-wave observatory // Reports on Progress in Physics. 2009. Vol. 72. No. 7. P. 076901. DOI: 10.1088/0034-4885/72/7/076901

2. Accadia T., Acernese F., P Astone P., Ballardin G., Barone F., Barsuglia M., Basti A., Bauer Th.S., Bebronne M., Beker M.G., Belletoile A., Bitossi M., Bizouard M.A., Blom M., Bondu F., Bonelli L., Bonnand R., Boschi V., Bosi L., Bouhou B., Braccini S., Bradaschia C., Branchesi M., Briant T., Brillet A., Brisson V., Bulik T., Bulten H.J., Buskulic D., Buy C., Cagnoli G., Calloni E., Canuel B., Carbognani F., Cavalier F., Cavalieri R., Cella G., Cesarini E., Chaibi O., Chassande-Mottin E., Chincarini A., Chiummo A., Cleva F., Coccia E., Cohadon P.-F., Colacino C.N., Colas J., Colla A., Colombini M., Conte A., Corsi A., Coulon J.-P., Cuoco E., D' Antonio S., Dattilo V., Davier M., Day R., De Rosa R., Debreczeni G., Del Pozzo W., Del Prete M., Di Fiore L., Di Lieto A., Di Paolo Emilio M., Di Virgilio A., Dietz A., Drago M., Endrőczi G., Fafone V., Ferrante I., Fidecaro F., Fiori I., Flaminio R., Forte L.A., Fournier J.-D., Franc J., Frasca S., Frasconi F., Galimberti M., Gammaitoni L., Garufi F., Gáspár M.E., Gemme G., Genin E., Gennai A., Giazotto A., Gouaty R., Granata M., Greverie C., Guidi G.M., Hayau J.-F., Heidmann A., Heitmann H., Hello P., Jaranowski P., Kowalska I., Królak A., Leroy N., Letendre N., Li T.G.F., Liguori N., Lorenzini M., Loriette V., Losurdo G., Majorana E., Maksimovic I., Man N., Mantovani M., Marchesoni F., Marion F., Marque J., Martelli F., Masserot A., Michel C., Milano L., Minenkov Y., Mohan M., Morgado N., Morgia A., Mours B., Naticchioni L., Nocera F., Pagliaroli G., Palladino L., Palomba C., Paoletti F., Parisi M., Pasqualetti A., Passaquieti R., Passuello D., Persichetti G., Piergiovanni F., Pietka M., Pinard L., R Poggiani R., Prato M., Prodi G.A., Punturo M., Puppo P., Rabeling D.S., Rácz I., Rapagnani P., Re V., Regimbau T., Ricci F., Robinet F., Rocchi A., Rolland L., Romano R., Rosińska D., Ruggi P., Sassolas B., Sentenac D., Sperandio L., Sturani R., Swinkels B., Tacca M., Taffarello L., Toncelli A., Tonelli M., Torre O., Tournefier E., Travasso F., Vajente G., Van den Brand J.F.J., Van Den Broeck C., Van der Putten S., Vasuth M., Vavoulidis M., Vedovato G., Verkindt D., Vetrano F., Viceré A., Vinet J.-Y., Vitale S., Vocca H., Ward R.L., Was M., Yvert M., Zadroźny A., Zendri J.-P. A state observer for the Virgo inverted pendulum // Review of Scientific Instruments. 2011. Vol. 82. No. 9. P. 094502. DOI: 10.1063/1.3637466

3. Masaki Ando, Koji Arai, Youichi Aso, Beyersdorf P., Kazuhiro Hayama, Yukiyoshi Iida, Nobuyuki Kanda, Seiji Kawamura, Kazuhiro Kondo, Norikatsu Mio, Shinji Miyoki, Shigenori Moriwaki, Shigeo Nagano, Kenji Numata, Shuichi Sato, Kentaro Somiya, Hideyuki Tagoshi, Hirotaka Takahashi, Ryutaro Takahashi, Daisuke Tatsumi, Yoshiki Tsunesada, Zong-Hong Zhu, Tomomi Akutsu, Tomotada Akutsu, Akito Araya, Hideki Asada, Barton M.A., Youhei Fujiki, Masa-Katsu Fujimoto, Ryuichi Fujita, Mitsuhiro Fukushima, Toshifumi Futamase, Yusaku Hamuro, Tomiyoshi Haruyama, Hideaki Hayakawa, Heinzel G., Gen’ichi Horikoshi,†, Hideo Iguchi, Kunihito Ioka, Hideki Ishitsuka, Norihiko Kamikubota, Takaharu Kaneyama, Yoshikazu Karasawa, Kunihiko Kasahara, Taketoshi Kasai, Mayu Katsuki, Keita Kawabe, Mari Kawamura, Nobuki Kawashima, Fumiko Kawazoe, Yasufumi Kojima, Keiko Kokeyama, Yoshihide Kozai, Hideaki Kudoh, , Kazuaki Kuroda, Takashi Kuwabara, Namio Matsuda, Kazuyuki Miura, Osamu Miyakawa, Shoken Miyama, Hiromi Mizusawa, Mitsuru Musha, Yoshitaka Nagayama, Ken’ichi Nakagawa, Takashi Nakamura, Hiroyuki Nakano, Ken-ichi Nakao, Yuhiko Nishi, Yujiro Ogawa, Masatake Ohashi, Naoko Ohishi, Akira Okutomi, Ken-ichi Oohara, Shigemi Otsuka, Yoshio Saito, Shihori Sakata, Misao Sasaki, Kouichi Sato, Nobuaki Sato, Youhei Sato, Hidetsugu Seki, Aya Sekido, Naoki Seto, Masaru Shibata, Hisaaki Shinkai, Takakazu Shintomi, Kenji Soida, Toshikazu Suzuki, Akiteru Takamori, Shuzo Takemoto, Kohei Takeno, Takahiro Tanaka, Keisuke Taniguchi, Shinsuke Taniguchi, Toru Tanji, Taylor C.T., Souichi Telada, Kuniharu Tochikubo, Masao Tokunari, Takayuki Tomaru, Kimio Tsubono, Nobuhiro Tsuda, Takashi Uchiyama, Akitoshi Ueda, Ken-ichi Ueda, Fumihiko Usui, Koichi Waseda, Yuko Watanabe, Hiromi Yakura, Akira Yamamoto, Kazuhiro Yamamoto, Toshitaka Yamazaki, Yuriko Yanagi, Tatsuo Yoda, Jun’ichi Yokoyama, Tatsuru Yoshida. Observation results by the TAMA300 detector on gravitational wave bursts from stellar-core collapses // Physical Review D. 2005. Vol. 71. No. 8. Pp. 082002-1-082002-17. DOI: 10.1103/PhysRevD.71.082002

4. Grote H., Danzmann K., Dooley K.L., Schnabel R., Slutsky J., Vahlbruch H. First long-term application of squeezed states of light in a gravitational-wave observatory // Physical Review Letters. 2013. Vol. 110. No. 18. Pp. 181101-1-181101-5. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.181101

5. Fang-Yu Li, Meng-Xi Tang, Dong-Ping Shi. Electromagnetic response of a Gaussian beam to high-frequency relic gravitational waves in quintessential inflationary models // Physical Review D. 2003. Vol. 67. No. 10. P. 104008. DOI: 10.1103/PhysRevD.67.104008

6. Woods R.C., Baker R.M.L., Fang-Yu Li, Stephenson G.V., Davis E.W., Beckwith A.W. A new theoretical technique for the measurement of high-frequency relic gravitational waves // J. of Modern Physics. 2011. Vol. 2. No. 6. Pp. 498–518. DOI: 10.4236/jmp.2011.26060

7. Boyle L.A., Steinhardt P.J., Turok N. The cosmic gravitational-wave background in a cyclic universe // Physical Review D. 2004. Vol. 69. No. 12. P. 127302. DOI: 10.1103/PhysRevD.69.127302

8. Sa P.M., Henriques A.B. Gravitational-wave generation in hybrid quintessential inflationary models // Physical Review D. 2010. Vol. 81. No. 12. P. 124043. DOI: 10.1103/PhysRevD.81.124043

9. Nishizawa A., Motohashi H. Constraint on reheating after f(R) inflation from gravitational waves // Physical Review D. 2014. Vol. 89. No. 6. P. 063541. DOI: 10.1103/PhysRevD.89.063541

10. Герценштейн М.Е., Пустовойт В.И. К вопросу об обнаружении гравитационных волн малых частот // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1962. Т. 43. Вып. 2(8). С. 605-607.

11. Есаков А.А., Морозов А.Н., Табалин С.Е., Фомин И.В. Применение низкочастотного оптического резонанса для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2015. № 1(58). С. 26-35. DOI: 10.18698/1812-3368-2015-1-26-35

12. Голяк Ил.С., Дворук С.К., Есаков А.А., Морозов А.Н., Пустовойт В.И., Строков М.А., Табалин С.Е. Разработка и создание макета для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 3(20). С. 40-47.

13. Морозов А.Н. Применение интерферометра Фабри-Перо для регистрации высокочастотных флуктуаций метрики пространства-времени // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 5. С. 24. DOI: 10.18698/2308-6033-2012-5-203

14. Фомин И.В., Червон С.В., Морозов А.Н. Гравитационные волны ранней Вселенной. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2018. 154 с.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Голяк И.С., Морозов А.Н., Назолин А.Л., Табалин С.Е. Разработка информационно-измерительного комплекса для регистрации высокочастотных гравитационных волн. Радиостроение. 2020;(3):35-49. https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000172

For citation: Golyak I.A., Morozov A.N., Nazolin A.L., Tabalin S.E. Information-measuring Complex Development for Detecting High-frequency Gravitational Waves. Radio Engineering. 2020;(3):35-49. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000172

Просмотров: 13

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)