Fundamental Noises and Sensitivity Limits of Interferometric Gravitational-Waves Detectors of a New Generation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The work is aimed at developing a new field of science – gravitational-wave astronomy and is devoted to the development of methods for increasing the sensitivity of new generation interferometric gravitational wave detectors based on: 1) reducing the level of fundamental noise in interferometer mirrors due to their cooling to low temperatures, reducing dissipation in mechanical oscillation modes and reducing optical absorption in mirrors, where monocrystalline high-purity silicon is chosen as the base material for the mirrors, although the possibility of using sapphire and other materials is not excluded; 2) development of effective methods for quantum measurements of the impact of gravitational waves on interferometer mirrors, allowing the impact of quantum noise in gravitational-wave interferometer signal recording systems to be reduced and the standard quantum sensitivity limit to be overcome, as well as methods for suppressing the effect of parametric oscillatory instability that occurs in gravitational-wave interferometers at high optical pumping powers. The theoretical analysis, based on the latest advances in quantum measurement theory and quantum optics, is combined with detailed experimental studies of optical absorption and mechanical dissipation processes in elements of gravitational-wave detectors.

About the authors

Igor A. Bilenko

M.V. Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: igorbilenko@gmail.com
Russian Federation, 1, bld. 2, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia

Sergey P. Vyatchanin

M.V. Lomonosov Moscow State University

Email: svyatchanin@phys.msu.ru

Professor

Russian Federation, 1, bld. 2, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia

Valeriy P. Mitrofanov

M.V. Lomonosov Moscow State University

Email: vpmitrofanov@physics.msu.ru

Professor

Russian Federation, 1, bld. 2, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia

Sergey E. Strigin

M.V. Lomonosov Moscow State University

Email: strigin@physics.msu.ru
Russian Federation, 1, bld. 2, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia

Farit Y. Khalili

Russian Quantum Center

Email: f.khalili@rqc.ru
Russian Federation, 30, Block 1, Bolshoy Boulevard, Skolkovo Innovation Center, Moscow, 121205, Russia

References

  1. B.P. Abbott, R. Abbott, T.D. Abbott et al. Phys. Rev. Lett., 2016, 116, 061102. doi: 10.1103/PhysRevLe tt.116.13110 3.
  2. M. Bailes, B.K. Berger, P.R. Brady et al. Nat. Rev. Phys., 2021, 3, 344. DOI : 10.1038/s42254-021-00303-8.
  3. M. Punturo, M. Abernathy, F. Acernese et al. Clas. Quant. Grav., 2010, 27, 194002 . doi: 10.1088/0264-9381/27/19/194002.
  4. R.X. Adhikari, K. Arai, A.F. Brooks et al. Clas. Quant. Grav., 2020, 37, 165003. doi: 10.1088/1361-6382/ab9143.
  5. S.L. Danilishin, F.Y. Khalili, H. Miao Living Rev. Relativ., 2019, 22, 2. doi: 10.1007/s41114-019-0018-y.
  6. S.L. Danilishin, F.Y. Khalili Living Rev. Relativ., 2012,15, 5. doi: 10.1007/lrr-2 012-5.
  7. F.Ya. Khalili, E. Zeuthen Phys. Rev. A, 2021,103. 043721. doi: 10.1103/PhysRevA.103.04372 1.
  8. F.Y. Khalili, E.S. P olzik Phys. Rev. Lett., 2018, 121, 031101. doi: 10.1103/PhysRevLett.121.031101.
  9. C.B. Møller, R.A. Thomas, G. Vasilakis et al. Nature, 2017, 547, 191. doi: 10.1038/nature22980.
  10. E. Zeuthenl, E.S. Polzik, F.Ya. Khalili PRX Quantum, 2022, 3, 020362. doi: 10.1103/PRXQ uantum.3.020362.
  11. M.E. Tse, H. Yu, N. Kijbunchoo et al. Phys. Rev. Lett., 2019, 123, 231107. doi: 10.1103/PhysRevLett.123.231107.
  12. C. Caves Phys. Rev. D, 1981, 23, 1693. doi: 10.1103/PhysRevD.23.1693.
  13. D. Salykina, F. Khalili Symmetry, 2023, 15, 774. doi: 10.3390/sym15030774.
  14. A. Karpenko, S.P. Vyatchanin Phys. Rev. A, 2020, 102, 023513. doi: 10.1103/PhysRevA.102.023513.
  15. A. Karpenko, S .P. Vyatchanin Phys. Rev. A, 2022, 105, 063506. doi: 10.1103/Phys RevA.105.063506.
  16. S.P. Vyatchanin, A.I. Nazmievt, A.B. Matsko Phys. Rev. A, 2021, 104, 023519. doi: 10.1103/PhysRevA.104.023519.
  17. S.P. Vyatchanin, A.B. Matsko Phys. Lett. A, 2022, 424, 127849. doi: 10.1016/j.physleta.2021.127849.
  18. S.P. Vyatcha nin, A.I. Nazmiev, A.B. Matsko Phys. Rev. A, 2022, 106, 053711. doi: 10.1103/PhysRevA.106.053711.
  19. V.B. Braginsky, S.E. Strigin, S. Vyatchanin Phys. Lett. A, 2001, 287, 331. doi: 10.1016/S0375-9601(01)00510.
  20. M. Evans, S. Gras, P. Fritschel et al. Phys. Rev. Lett., 2015, 114, 161102. DOI : 10.1103/PhysRevLett.114.161102.
  21. S.E Strigin Physics Open, 2020, 5, 100035. doi: 10.1016/j.physo.2020.100035.
  22. С.Е. Стрыгин Вест. Моск. ун-та, Сер. 3. Физ. Астрон., 2024. 79(4), 2440301. DOI : 10.55959/MSU0579-9392.79.2440301.
  23. C. Blair, S. Gras, R. Abbot et al. Phys. Rev. Lett., 2017, 118, 151102. DO I: 10.1103/PhysRevLett.118.151102.
  24. J. Degallaix, Ch. Zhao, L. Ju, D. Blair J. Opt. Soc. Am. B, 2007, 24(6), 133 6. doi: 10.1364/JOSAB.24.001336.
  25. S. Biscans, S. Gras, C.D. Blair, J. Driggers, M. Evans, P. Fritschel, T. Hardwick, G. Mansell Phys. Rev. D, 2019, 100, 122003. doi: 10.1103/PhysRevD.100.122003.
  26. F. Bruns, S.P. Vyatchanin, J. Dickmann, R. Glaser, D. Heinert, R. Nawrodt, S. Kroker Phys. Rev. D., 2020, 102, 022006. DOI: 10. 1103/PhysRevD.102.022006.
  27. V.B. Braginsky, M.L. Gorodetsky, V.S. Il’chenko Proc. SPIE, 1993, 2097, 283. doi: 10.1117/12.183155.
  28. M. Aston, M.A. Barton, A.S. Bell et al. Clas. Quant. Grav., 2012, 29, 235004. doi: 10.1088/0264-9381/29/23/235004.
  29. Y.Yu. Klochkov, L.G.Prokhorov, M.S. Matiushechkina, R.X. Adhikari, V.P. Mitrofanov Rev. Sci. Instr., 2022, 93, 014501. doi: 10.1063/5.0076311.
  30. Y.Yu. Klochkov, V.P. Mitrofanov Appl. P hys. Lett., 2023, 122, 142109. doi: 10.1063/5.0143587.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Bilenko I.A., Vyatchanin S.P., Mitrofanov V.P., Strigin S.E., Khalili F.Y.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».