Abstract
The gravitational waves predicted by the general theory of relativity and detected by the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) have typical frequencies in the range of 30 ... 300 Hz. Current theories of gravity predict the existence of high-frequency gravitational waves with frequencies of 10 ... 100 MHz, including those of cosmological origin, induced by quantum fluctuations of the scalar field at the stage of cosmological inflation in the early Universe.Multi-beam optical resonators, in particular the Fabry-Perot interferometers, can be used to detect high-frequency gravitational waves. When using multi-beam optical resonators, it is possible to use the phenomenon of low-frequency optical resonance, which allows us to have a selective response to the gravitational wave effect. The gravitational-optical resonance in a multi-beam interferometer occurs if the condition is fulfilled that an integer number of half-waves of gravitational radiation is along the length of the resonator.The use of a multi-beam interferometer to detect high-frequency gravitational waves does not require the creation of a complex system for decoupling mirrors used for gravitational antennas operating in the low-frequency part of the spectrum. This is due to the fact that the frequency of mechanical vibrations of the interferometer mirrors is significantly less than the frequency of the gravitational wave.The paper considers possible optical schemes of a high-frequency gravitational antenna: based on the traditional Michelson interferometer, in the arms of which two Fabry-Perot interferometers are available, and on the basis of the Mach-Zehnder optical scheme, where Fabry-Perot interferometers can be made in the form of two perpendicular arms, with reflecting mirrors at the bend of the beam. The advantage of the second scheme is that three photo-detectors, one being main and two others being auxiliary, can be used, and there is a possibility to detect radiation transmitted by Fabry-Perot interferometers.To prove that detection of high-frequency gravitational waves is possible, a potential sensitivity of the high-frequency gravitational antenna has been estimated in the paper.
Highlights
Спектральная плотность реликтовых гравитационных волнГде H0 2,17 10 18 с-1 – параметр Хаббла в современную эпоху. Гравитационно-оптический резонанс в многолучевом интерферометре возникает, если выполняется условие, что на длине L резонатора укладывается целое число полуволн гравитационного излучения [10, 14]: fL n (2)
Гравитационные волны, предсказанные теорий относительности и зарегистрированные с помощью установки Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), имеют характерные частоты в районе 30...300 Гц [1]
Другим перспективным способом регистрации высокочастотных гравитационных волн выступает применение явления гравитационно-оптического резонанса [10, 14]
Summary
Где H0 2,17 10 18 с-1 – параметр Хаббла в современную эпоху. Гравитационно-оптический резонанс в многолучевом интерферометре возникает, если выполняется условие, что на длине L резонатора укладывается целое число полуволн гравитационного излучения [10, 14]: fL n (2). Формула (3) позволяет записать выражение для спектральной плотности G W f вариаций мощности при воздействии на интерферометр высокочастотной гравитационной волны. Для повышения чувствительности высокочастотной гравитационной антенны возможно применение процедуры усреднения спектральной плотности G W f за период времени T. Фабри-Перо лазерное излучение, использовать приемник DET10N2, имеющего рабочий спектральный диапазон 500-1700 нм, полосу чувствительности до 70 МГц и эквивалентную мощность шума 2,0·10-14 Вт/Гц1/2 [15, 16], то минимально регистрируемая спектральная плотность вариаций лазерного излучения будет равна: G% W f 4 10 28 Вт2/Гц. Позволяет провести оценку чувствительности высокочастотной гравитационной антенны и, по формуле (1), определить минимально регистрируемые значения плотности энергии гравитационных волн GW f. Рассчитаем значения минимально обнаружимых спектральной плотностью вариаций метрики пространства-времени Gh f и плотности энергии гравитационных волн. Приведенные в таблице данные показывают, что применение гравитационнооптического резонанса позволяет в принципе добиться необходимой чувствительности гравитационной антенны на частоте, в районе 10 МГц
Sign-in/Register to view highlights & summary Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
