《引力波实验与一个模型用复合球形电磁谐振腔产生引力波》由会员分享，可在线阅读，更多相关《引力波实验与一个模型用复合球形电磁谐振腔产生引力波（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、论文题弱：至l 盘这塞羧生二：全攫墅；基复金登毖整壅遂蕴黢彦垒至l 杰弦专, I l l ：堡逾毖理硕士生：薹蛊惑摘要在这篇文章中，我们将讨论有关弓| 力波理论和实验的目葡正受到关注的某些方面。苗先，我们将讨论弓| 力渡的一些基本性葳，势给出弓| 力波探测的理论依据。然后我们综述了可能的引力波源和引力波探测的一些避震，毽攒钒躐谐振天线搽溺器，缝西上戆激宠干涉纹攘测器和空间激光干涉仪探测器。瑟西的篇幅我稍将撵讨弓l 力场与魄磁场极其源豹捆互终蹋。我们裰这里综述了电磁谐振腔产生和发射引力波的相关模型。谯最后，我们给出了用复合球形电磁谐振腔产生弓l 力波的模型。我们的分析寝明，在允许的欧姆损耗内，这
2、种模型将比阔样体积的环形复合电磁谐振腔所产生的引力波振幅高一个数量级。关键谪：弓| 力波，探溺，谐振天线，激光于涉仅，电磁谐振腔T i t l e ：G r a v i t a t i o n a lW a v eE x p e r i m e n t sa n dO n eM o d e l ：t h eC o m p o s i t eS p h e r i cE l e c t r o m a g n e t i cR e s o n a t o rB a s e dG WS o u r c eM a j o r ：T h e o r e t i c a lP h y s i c s N
3、 a m e ：G u oY u 、uS u p e r v i o r ：P r o f T a n gM e n g X ia n dP r o f L iZ h l b i n gA 转S 髓醴C T I nt h i sp a p e rw ew i l lt a k eat o u ri nt h et h e o r ya n de x p e r i m e m so ft h eg r a v i t a t i o n a lw a v e F i r s t ，w ed i s c u s st h eg e n e r a lp r o p e r t i e so ft
4、 h eg r a v i t a t i o n a lw a v e ( G W ) ，a n dt h e np r e s e mt h et h e o r yo fG Wd e t e c t i o n 。T h e nW er e v i e wt h ep o s s i b l eG Ws o u r c e s a n ds o m er e c e n tp r o g r e s s e so ft h ed e t e c t i o no fG W ji n c l u d i n gr e s o n a n td e t e c t o r s ，g r o
5、u n db a s e di n t e r f e r o m e t e r sa n dl a s e r - i n t e r f e r o m e t r i eG Wd e t e c t i o ni n 也es p a c e ( t h e L I S Ap m i e c O A tl a s tw ew i l ld e v o t et h er e m a i n d e ro ft h i st h e s i st oab r i e fd e m o n s t r a t i o no f h o wt h eg r a v i t a t i o n
6、a lf i e l di n t e r a c t sw i t ht h ee l e c t r o m a g n e t i c i e l da n di t ss o u r c e A n d w ew i l lr e v i e wt h ee l e c t r o m a g n e t i cr e s o n a t o l 苫b 鹊e dG Wd e t e c t o r sa n ds o u r c e s T h e n , w es u g g e s tam o d e l 。s h o w i n gh o wt h ec o m p o s i
7、t es p h e r i ce l e c t r o m a g n e t i cr e s o n a t o rg e n e r a t e sg r a v i t a t i o n a lw a v e U n d e rt h ec o n d i t i o no fa l l o w a b l eo h m i cl o s s e si nt h ec a v i t y , O t l ra n a l y s i ss h o w st h a tt h ea m p l i t u d eo ft h es t a n d i n gG Wi Sa tl e
8、 a s to n eo r d e ro f m a g n i m d eh i g h e rt h a nt h a tt h ec o m p o s i t et o r o i d a le l e c t r o m a g n e t i cr e s o n a n ts y s t e mw i t ht h es a n l ev o l u m e K e yw o r d s ：g r a v i t a t i o n a lw a v e ，d e t e c t i o n ，r e s o n a n tb a r , l a s e r - i n t e
9、 r f e r o m e t e re l e c t r o m a g n e t i cr e s o n a t o r第一章号| 畜，“义相对论数獒简洁静数学形式饔对牛顿号| 力戆精确髂歪瑟赢褥入们静 赞赏。但是人们也意识到这远不怒引力的最艏理论，甚至程经典的范围内， 广义相对论也是需要接受进一步的检验。引力波在对各种引力理论的判决中 将起到一个关键的你用。雩| 力渡瓣意义翔闲电磁渡，不仅其有基零懿理论意义，壤楚我嘉l 骚究物痿 的一种工具，观测宇宙的一个窗翻。但我们如果想打开这痢窗，将会面临着 巨大的困难，其中的原因主要在于：l 。日l 力波极其微弱；2 筏一个叁鑫l 瓣参考系
10、；3 。等效的机械效应远在原予的尺度下；4 大量噪声的存在。在迭撵一条叛乎餐不到零鏊豹程途上，逶过忍我往秀浆壤论家耪蜜羧家 豹卓越的工作，目桥正变得渐渐清晰。如果没有什么意外的话，我们将会在下一个二十年 里观测剐引力波。褒零麓论文墨，我强将先穷绣雩| 力渡实验麓理论壤撵，然嚣蕹绘窭一耩久 类实验史上波澜粒黼的图画：全 鼗界范围探测葶i 力波的历史和前沿。在接下来的两章，也是最后的两章，我们将把精力放在讨论引力与电磁的 相互作用方面。这怒个看似牵强的领域，但其实上它并不比我们一直农考 虑豹掇梭效应数方法麓，甚至鸯鬻嶷好懿表瑗。部分戆覆嚣在予我钠篓鬻残 功的电磁场理论和技术，事实上，这可以认为怒更
11、加直接的观测手段，阑为 我们通常也必须把机械效应转变成电信号。我们还给出一个用复合球形敷磁谐振腔产嫩引力波的模测。显然，天体鲍 电磁振荡赝产生懿孳l 力波瘦毒穗织戆特点。毽我程夔嚣的焱予摄谗久工产生 弓i 力波黥可栽性，戮为我们鬻望骜有一天弓| 力波能够像电磁波那样在实骚室 里产生和发射。人们断断续续的猩这方面进行潜探索，但尚未形成系统，这 是我们工作的背景，也是我们展攥未来的动力。其体缝说，我嬲模登戆创新之感在于霹以撼蹶毒瓣电磁场麓量大嚣分熬爽 搏在一个分质球形黢艇面，丽电磁场与导电靛接触缝的强液煎| j 大大减弱，从 而降低了欧姆损耗。问题需要我们解组积分方程，这通常可用数值积分的方法来完
12、成。由于 时阀不怒，我们估计了矮产生弓l 力波强度黪数爨级，褥到了一个毙较菇瓣结 果。更其体豹数值计算警待下一步。第三章引力波的意义和实验的理论基础1 1 孽| 力波麴蒸奉瞧矮广义相对论从弓l 力聪量与惯性质嫩相等褥到扇示，提出等效原理作为建 悫整令爨渣靛基疆。貔骥上霉袭救凳：在程爨孳l 力臻墼懿舔一个 重空点，毒 可爱逸强一个是嫠镤毪系，毯绶簿程掰讨谂麓翳一点瓣避豹充分枣邻壤斑， 鼙然麓律静形式，与浚裔弓| 力场辩在来身E 速静D e s c a r t e s 坐稼系麓其有襁黼瓣 形式。这里采用的魑W e i n b e r g 的陈叙f 1 1 。广义楱辩论脱默予牛顿弓l 力，在獒产生鹣
13、初期，提爨了三壤检验：窳麓 避瑟煮鹣进劝，竞线在警| 力场孛镛转，湛及巍港线靛荭蓼。这旋以蓐魏咫十 年闻褥蠲藤皋越精确鹣检测。餐爨在鼗期闯遣潞臻璐凡卡释芙予零| 力豹蘸埝， 它们很彩都能通过三大梭验。因筒什么是引力的诋确理论成为大家关心的问 题。物理学家发展了一囊广义相对谂和萼l 力理论蜜验检验购络襁体系f 2 1 ，其 中雩；为籀瓣憋矮熬黢验爨荚毽煞一嚣。孛镶零| 力论溪蠢霉| 力疆菇，繇许多发裁纛埝都羰言了弓| 为波鹣塞璃，毽 是性质( 包括引力波的偏振态，S 力波的多缴辐射特性，弓 力波的传播遥度) 有所不阍。七十年代初嬲出现了许多麟究各种度舰耀论中的弓l 力辐射性膜躲 警逮热矮谂豹工撵
14、。遮整王律圭婺 蕤C o l i f b m i a 大学瓣E a r d l e y , L e e , 帮L i g h t m a n 毅及S t a n f o r d 大学秘W i l l ，W a r g o n e r 秘E p s t e i n 宠或瓣1 3 , 4 ，5 嚣姥，写 力浚豢溺 的意义不只怒验证广义猫对论的萼l 力辐射理论，丽巍因当撼它瓣作是逃一疹 检验各萃巾魔舰理论的宥力工具。下丽将主要对，“义相对论的引力辐射理论做 一个考察，游与其它的弓| 力理论傲魄较。E i n s t e i n 在广义穗对谂提出熬织籁辘蓣言了零l 力波嚣荐程，德楚在疆轰约 三+ 年鬻
15、，对诧一誊存在缑大静争论。主要酶爨议怒认秀由E i n s t e i n 的璐方程 得到波动解不具有实在的物理意义。到了五十年代， L i e h n e r o w i t z , P e t r o v ，P i t a n i ，B o n d i 秘R o b i n s o n 等入的王作，瓣弓| 力辐射及警露 渡绘趱了不袋觳子黛耩襄选择懿怒义，势涯秘了萼 力渡是魏豢缝鬟靛强，五S ，9 】。 这些王终霞褥长联箨漆不藩懿广义裰砖论羲零| 力穰瓣瑾谂大大巍藩跨蘧了 步。E i n s t e i n 对引力波的预言广泛地得到了接受。引力波憋实验的的理论依据怒E i n s t e i
16、 n 的场方襁敷链提蹬瓣谐秘条搏。由 绣方程2矗矿芝1 R - 了8 r i g 毛，猩弱场近似的情况下，上式W 化为嗣2 甄，= 一等毛，藏中矽，= ，一i 1 蹿，舞h ，= g 。，一r ，麒I h ，I 】s 黟s i 珏掰( 4 - 7 )彤= 去轰【R ( 咖( 删叫州以詹) ) s i n o s i n 鲥冀中歹 ( 力= s i n p - _ p c o s p ，强( 力：- p s i n p 气- 一e o s pp静对第一区，由予程R o 赋，强( 艘) 0 0 ，故彳? = 0 。边器条件为Rm 尼时_ ：，。( 七l 置) = 一；，l ( k 2 R ，) + 爿；( k 2 R 1 )器唑掣= 去击如E 陡j t ( k 2 R t ) + A ；r f i ( k 2 R 1 ) l 堪当R = R ，时A i A ( k 2 R 2 ) + 篙拜l 岔2 R 2 = 驾五( 毒3 R 2 ) 十建；强( 毒
