ال سلسلة أبحاث المرحلة الجامعية هذا هو المكان الذي نقدم فيه البحث أنت صنع. إذا كنت طالبًا جامعيًا شارك في مشروع REU أو مشروع بحث فلكي مشابه وترغب في مشاركة هذا على Astrobites ، فيرجى التحقق من موقعنا صفحة التقديم لمزيد من التفاصيل. نود أيضا أن نسمع عنها خبرتك البحثية الأكثر عمومية!
سكوت ماكي
جامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس (UCLA)
سكوت سي ماكي هو أحد كبار المتخصصين في الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ولديه اهتمام بالأجهزة. هذا العمل هو استمرار لمشروع REU الصيفي في مركز الاستكشاف متعدد التخصصات وأبحاث الفيزياء الفلكية بجامعة نورث وسترن مع البروفيسور سليم شهريار. تم تقديم المشروع في شكل ملصق في الاجتماع 237 للجمعية الفلكية الأمريكية.
تعتمد الملاحظات الحالية لموجات الجاذبية على مقاييس التداخل ميكلسون مثل تلك المستخدمة في أجهزة كشف LIGO أو VIRGO. هذه هي أشعة الليزر يبلغ طولها عدة كيلومترات وتتداخل عندما يتم توسيع الفضاء أو تقلصه بواسطة موجات الجاذبية العارضة. بالإضافة إلى التكاليف الباهظة والتحديات الأخرى المرتبطة ببناء أجهزة الكشف على مقياس آلاف الأمتار ، هناك عيب آخر يتمثل في أن قياساتها محدودة في الدقة بسبب الضوضاء الكمومية الأساسية. من أجل حل مشكلات الحجم والضوضاء ، فإننا نستكشف استخدام كاشف موجات الجاذبية بناءً على استخدام ما يسمى الليزر الفائق اللمعة. حصلت هذه الليزرات على اسمها من حقيقة أن سرعة مجموعتها أسرع من السرعة المقدرة للضوء. نتيجة لذلك ، فإنها تظهر تشتتًا سلبيًا أثناء انتشارها وبالتالي يكون لها علاقة فائقة الحساسية بين ترددها وطول التجويف الذي تتحرك من خلاله. عندما تتسبب موجة جاذبية واردة في تمدد الفضاء أو انقباضه ، يمكننا استخدام هذه العلاقة فائقة الحساسية لاكتشاف التغيرات في طول تجويف الليزر على مسافات أصغر بكثير من تلك التي ينتقلها الليزر من LIGO و VIRGO. في الواقع ، نقدر أن كاشفًا بطول 10 أمتار فقط يمكنه تحقيق نفس الدقة مثل LIGO عبر نطاق تردد أوسع قليلاً. ستبدأ الكاشفات التي يزيد طولها عن 10 أمتار في تجربة ضوضاء كمومية أقل بكثير من LIGO لتحسين الدقة بشكل كبير.
للمساعدة في تصميم هذا الكاشف الجديد ، أجريت عمليات محاكاة سلوك فائقة اللمعان لنمذجة هذه الليزر بدقة وتحديد المعلمات التي ستحسن استخدامنا لليزر – مثل حجم التجويف ، وطاقة الليزر ، وتردد القيادة – من أجل أن أكون قادرًا على اكتشاف واضح إشارة موجة الجاذبية. يتطلب القيام بذلك الكثير من العمليات الحسابية المكثفة على كمبيوتر عملاق ، حيث يتم إنشاء الليزر الفائق اللمعان من خلال استغلال 39 مستويات زيمان الفرعية في بخار الروبيديوم الذري. باستخدام خوارزمية خاصة طورتها مجموعة شهريار ، قمنا بحل 39 × 39 هاميلتونيان لتحديد المسار الزمني للنظام الكمي الذي يولد الليزر. يتضمن ذلك اعتبارات الاقتران بين المستويات الفرعية والتشتت السريع للذرات. من خلال تشغيل هذه المحاكاة ، نكون أقرب إلى فهم الليزر الفائق اللمعان وبناء كاشف الموجات الثقالية في النهاية. في يوم من الأيام ، سيكون بإمكان العديد من أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية الصغيرة لهذا التصميم وضعها في العالم وفي الفضاء ، مما سيتيح لنا الفرصة لإجراء ملاحظات عن المزيد من موجات الجاذبية.
تم تحرير Astrobite بواسطة مايكل هامر
