Применение гравитационно-оптического резонанса для регистрации высокочастотных гравитационных волн


https://doi.org/10.36027/rdeng.0221.0000190

Полный текст:


Аннотация

Гравитационные волны, предсказанные теорией относительности и зарегистрированные лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO), имеют характерные частоты в районе 30…300 Гц. Современные теории гравитации предсказывают существование высокочастотных гравитационных волн с частотами 10…100 МГц, в том числе космологического происхождения, индуцированных квантовыми флуктуациями скалярного поля на стадии космологической инфляции в ранней Вселенной.

Для регистрации высокочастотных гравитационных волн могут применяться многолучевые оптические резонаторы, в частности интерферометры Фабри-Перо. При применении многолучевых оптических резонаторов возможно использование явления низкочастотного оптического резонанса, которое позволяет получить селективный отклик на гравиволновое воздействие. Гравитационно-оптический резонанс в многолучевом интерферометре возникает, если выполняется условие, что на длине резонатора укладывается целое число полуволн гравитационного излучения.

Использование многолучевого интерферометра для регистрации высокочастотных гравитационных волн не требует создания сложной системы развязки зеркал, применяющейся для гравитационных антенн, работающих в низкочастотной части спектра. Это связано с тем, что частота механических колебаний зеркал интерферометра оказывается существенно меньше частоты гравитационной волны.

В работе рассмотрены возможные оптические схемы высокочастотной гравитационной антенны: на основе традиционного интерферометра Майкельсона, в плечи которого помещены два интерферометра Фабри-Перо, и на основе оптической схемы Маха-Цендера, где интерферометры Фабри-Перо могут быть выполнены в виде двух перпендикулярных плечей, с отражательными зеркалами в месте излома луча. Преимуществом второй схемы является возможность использования трех фотоприемников, одного основного и двух вспомогательных, и регистрация излучения, прошедшего интерферометры Фабри-Перо.

Для подтверждения возможности регистрации высокочастотных гравитационных волн в работе проведена оценка потенциальной чувствительности предлагаемой высокочастотной гравитационной антенны.


Об авторах

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

Илья Семенович Голяк

кандидат физ.-мат. наук

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



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

Андрей Николаевич Морозов

доктор физ.-мат. наук, профессор

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

SPIN-код: 1997-6040



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

Андрей Леонидович Назолин

доктор технических наук

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

Сергей Егорович Табалин

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



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

Артем Александрович Есаков

преподаватель кафедры физики МГТУ им. Н.Э. Баумана



И. В. Фомин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Игорь Владимирович Фомин

доктор физ.-мат. наук, профессор,

преподаватель кафедры физики МГТУ им. Н.Э. Баумана



Список литературы

1. Пустовойт В.И. О непосредственном обнаружении гравитационных волн // Успехи физических наук. 2016. Т. 186. № 10. С. 1133-1152. DOI: 10.3367/UFNr.2016.03.037900

2. Giovannini M. Primordial backgrounds of relic gravitons // Progress in Particle and Nuclear Physics. 2020. Vol. 112. Article 103774. DOI: 10.1016/j.ppnp.2020.103774

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

4. Boyle L.A., Buonanno A. Relating gravitational wave constraints from primordial nucleosynthesis, pulsar timing, laser interferometers, and the CMB: implications for the early Universe // Physical Review D. 2008. Vol. 78. Article 043531. DOI: 10.1103/PhysRevD.78.043531

5. Ahmad S., Myrzakulov R., Sami M. Relic gravitational waves from quintessential inflation // Physical Review D. 2017. Vol. 96. Article. 063515. DOI: 10.1103/PhysRevD.96.063515

6. Ito A., Soda J. MHz gravitational waves from short-term anisotropic inflation // J. of Cosmology and Astroparticle Physics. 2016. Vol. 2016. Article 035. DOI: 10.1088/1475-7516/2016/04/035

7. 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. Article 104008. DOI: 10.1103/PhysRevD.67.104008

8. Nishizawa A., Kawamura S., Akutsu T., Arai K., Yamamoto K., Tatsumi D., Nishida E., Sakagami M., Chiba T., Takahashi R., Sugiyama N. Laser-interferometric detectors for gravitational wave backgrounds at 100 MHz: Detector design and sensitivity // Physical Review D. 2008. Vol. 77. Article 022002. DOI: 10.1103/PhysRevD.77.022002

9. Сажин М.В. Резонатор Фабри-Перо в поле гравитационной волны // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1998. Т. 113. Выn. 2. С. 398-408.

10. Blaut A. Angular and frequency response of the gravitational wave interferometers in the metric theories of gravity // Physical Review D. 2012. Vol. 85. Article 043005. DOI: 10.1103/PhysRevD.85.043005

11. Гладышев В.О., Морозов А.Н. Низкочастотный оптический резонанс в многолучевом интерферометре Фабри-Перо // Письма в Журнал технической физики. 1993. Т. 19. Вып. 14. С. 38-42.

12. 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. С. 26-35.

13. 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. С. 40-47. DOI: 10.25210/jfop-1603-040047

14. Бичак И., Руденко В.Н. Гравитационные волны в ОТО и проблема их обнаружения. М.: Изд-во МГУ, 1987. 267 с.

15. Голяк И.С., Морозов А.Н., Назолин А.Л., Табалин С.Е. Разработка информационно-измерительного комплекса для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Радиостроение. 2020. № 3. С. 35-49. DOI: 10.36027/rdeng.0320.0000172

16. Голяк И.С., Морозов А.Н., Назолин А.Л., Табалин С.Е. Информационно-измерительный комплекс для регистрации высокочастотных гравитационных волн // Радиостроение. 2020. № 5. С. 42-51. DOI: 10.36027/rdeng.0520.0000184


Дополнительные файлы

Для цитирования: Голяк И.С., Морозов А.Н., Назолин А.Л., Табалин С.Е., Есаков А.А., Фомин И.В. Применение гравитационно-оптического резонанса для регистрации высокочастотных гравитационных волн. Радиостроение. 2021;(2):13-23. https://doi.org/10.36027/rdeng.0221.0000190

For citation: Golyak I.S., Morozov A.N., Nazolin A.L., Tabalin S.E., Esakov A.A., Fomin I.V. Information-Measuring Complex to Detect High Frequency Gravitational Waves. Radio Engineering. 2021;(2):13-23. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0221.0000190

Просмотров: 31

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


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


ISSN 2587-926X (Online)