Verbetering van de detectie van aardse zwaartekrachtgolven met “multi-loop”-geometrie
Interferometrie ‘signaleert’ een nieuw tijdperk in de astronomie, waardoor de directe observatie van zwaartekrachtgolven mogelijk wordt en signaaltargeting over een breed frequentiespectrum mogelijk wordt. Traditionele aardse zwaartekrachtgolfdetectoren waren voornamelijk afhankelijk van laserstralen die tussen referentiespiegels langs orthogonale basislijnen stuiterden. Veel van deze detectoren zijn echter beperkt in gevoeligheid bij lagere frequenties als gevolg van fluctuaties in Newtoniaanse ruis.
Wetenschappers hebben voorgesteld om atoominterferometers te gebruiken, verdeeld over horizontale of verticale basislijnen, waarbij een laserstraal alle interferometers manipuleert om basislijnveranderingen te volgen die worden veroorzaakt door zwaartekrachtgolven.
Deze aanpak opent een nieuwe frequentieband voor zwaartekrachtgolfobservatie, als aanvulling op de huidige laserinterferometers en de geplande Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Ze worden echter vaak geconfronteerd met uitdagingen op het gebied van schaalbaarheid en atomaire expansiebeperkingen.
Schubert et al. stelde een andere op atoom-interferometrie gebaseerde terrestrische detector voor zwaartekrachtgolven met frequenties tussen 0,3 Hz en 5 Hz voor.
“Het nieuwe aan ons voorstel in vergelijking met andere is de geometrie ervan: hoe de atoominterferometer wordt geïmplementeerd door een specifieke keuze uit coherente atoom-lichtinteracties”, zegt auteur Christian Schubert. “Het combineert een geometrie met meerdere lussen met herlanceringen, zodat slechts één enkele link nodig is voor coherente manipulatie van het paar atoominterferometers in een horizontale configuratie.”
Deze “folded loop”-interferometers voor horizontale antennes beloven verschillende voordelen. Ze verminderen de eisen aan de bronnen die ultrakoude atomen leveren voor de interferometrie – en de impact van foutbronnen. Ze combineren ook de voordelen van verticale detectorgeometrieën met die van horizontale basislijnen, met name schaalbaarheid in lengte, wat de detectorgevoeligheid vergroot.
„De detector kan in een breedbandmodus werken om een signaal te vinden en vervolgens naar een resonante modus worden geschakeld, waardoor de signaal-ruisverhouding bij een specifieke signaalfrequentie toeneemt“, aldus Schubert.
Bron: „Schaalbare, symmetrische atoominterferometer voor detectie van infrageluid-zwaartekrachtgolven“, door C. Schubert, D. Schlippert, M. Gersemann, S. Abend, E. Giese, A. Roura, WP Schleich, W. Ertmer en EM Rasel, AVS-kwantumwetenschap (2024). Het artikel is te vinden op https://doi.org/10.1116/5.0228398 .
