Améliorer la détection des ondes gravitationnelles terrestres avec une géométrie « multi-boucles »
L’interférométrie « signale » une nouvelle ère en astronomie, permettant l’observation directe des ondes gravitationnelles et le ciblage des signaux sur un large spectre de fréquences. Les détecteurs d’ondes gravitationnelles terrestres traditionnels reposaient principalement sur des faisceaux laser rebondissant entre des miroirs de référence le long de lignes de base orthogonales. Cependant, bon nombre de ces détecteurs ont une sensibilité limitée aux basses fréquences en raison des fluctuations du bruit newtonien.
Les scientifiques ont proposé d’utiliser des interféromètres atomiques, espacés le long de lignes de base horizontales ou verticales, où un faisceau laser manipule tous les interféromètres pour suivre les changements de ligne de base induits par les ondes gravitationnelles.
Cette approche ouvre une nouvelle bande de fréquences pour l’observation des ondes gravitationnelles, complétant les interféromètres laser actuels et l’antenne spatiale pour interféromètre laser (LISA) prévue. Cependant, ils sont souvent confrontés à des problèmes d’évolutivité et à des contraintes d’expansion atomique.
Schubert et coll. a proposé un autre détecteur terrestre basé sur l’interférométrie atomique pour les ondes gravitationnelles avec des fréquences comprises entre 0,3 Hz et 5 Hz.
« La nouveauté de notre proposition par rapport aux autres réside dans sa géométrie : comment l’interféromètre atomique est mis en œuvre par un choix spécifique d’interactions cohérentes atome-lumière », a déclaré l’auteur Christian Schubert. « Il combine une géométrie multi-boucles avec des relances, de sorte qu’un seul lien est requis pour une manipulation cohérente de la paire d’interféromètres atomiques dans une configuration horizontale. »
Ces interféromètres « à boucle pliée » pour antennes horizontales promettent plusieurs avantages. Ils réduisent les exigences imposées aux sources fournissant des atomes ultrafroids pour l’interférométrie – ainsi que l’impact des sources d’erreur. Ils combinent également les avantages des géométries verticales des détecteurs avec ceux des lignes de base horizontales, notamment l’évolutivité en longueur, qui augmente la sensibilité du détecteur.
« Le détecteur peut fonctionner en mode large bande pour trouver un signal, puis passer en mode résonnant, augmentant ainsi le rapport signal/bruit à une fréquence de signal spécifique », a déclaré Schubert.
Source: « Interféromètre atomique évolutif et symétrique pour la détection des ondes gravitationnelles infrasoniques », par C. Schubert, D. Schlippert, M. Gersemann, S. Abend, E. Giese, A. Roura, WP Schleich, W. Ertmer et EM Rasel, AVS Science quantique (2024). L’article peut être consulté sur https://doi.org/10.1116/5.0228398 .
