Vedoucí: Mgr. Filip Novotný, Mgr. Emil Varga, Ph.D.
Gravitační vlny byly předpovězeny Einsteinovou obecnou teorií relativity na počátku 20. století. K experimentální ověření jejich existence potom došlo roku 2015 na experimentu LIGO pomocí velmi citlivého interferometru. Jistou nevýhodou toho experimentu je jeho rozměr (délka ramen interferometru je 4 km) a citlivost na nízkofrekvenční gravitační vlny pokrývající jen malou část všech potenciálních zdrojů. V případě LIGO experimentu se jednalo o kolizi dvou černých děr.
Co se týče frekvenčních rozsahů v řádu kHz až MHz, které mohou vznikat například spojením dvou neutronových hvězd, slibně se jeví akustické rezonátory se supratekutým 4He. Díky nulové viskozitě supratekutého 4He se v něm může šířit zvuk téměř beze ztrát, navíc v případě uzavřené geometrie dochází k jeho rezonančnímu zesílení. Tyto rezonance mohou být vybuzeny procházející gravitační vlnou, nicméně obvykle jsou nerozlišitelné od rezonancí indukovaných tepelným a mechanickým šumem. Obecným cílem je tento šum minimalizovat a zvolit nejvhodnější geometrii rezonátoru. Poslední experiment [1] naznačuje, že nejvhodnější geometrie je taková (např. ve tvaru kříže), která umožňuje existenci kvadrupolárních módů.
Rezonátor využitý v tomto projektu, viz Obr. 1, má tvar skleněného čipu cca 1 cm x 1 cm s nanofluidickou kavitou o výšce 1 um skládající se ze 4 kruhových „basinů“, které jsou do kříže vzájemně propojeny skrze 0.2 mm široký kanál. V každém z „basinů“ jsou umístěny 2 protilehlé elektrody tvořící deskový kondenzátor. Pomocí těchto elektrod jsou potom buzeny a detekovány rezonanční módy za pomocí kapacitního můstku.
Cíl tohoto projektu bude charakterizovat rezonanční módy v našem rezonátoru. Měření bude probíhat v heliovém kryostatu, za teplot 1.30 K až 2.17 K (přechod 4He do supratekutého stavu). Na projekt bude v případě zájmu možné navázat bakalářskou prací.
Přibližný postup v řešení:
Design kapacitního můstku pro buzení a detekci rezonančních módů.
Numerická simulace pro výpočet rezonančních frekvencí a prostorového rozložení rezonančních módů v prostředí COMSOL.
Příprava a provedení experimentu ve skleněném heliovém kryostatu. Zpracování dat a identifikace rezonančních módů dle simulace.
Kontakt
Zájemci kontaktujte E. Vargu emil.varga@matfyz.cuni.cz
Doporučená literatura:
[1] V. Vadakkumbatt et al., Prototype superfluid gravitational wave detector, Phys. Rev. D 104, 082001 (2021).
[2] E. Varga and J. P. Davis, Electromechanical feedback control of nanoscale superflow, New J. Phys. 23, 113041 (2021).
[3] Tilley, D.R., Tilley, J.: Superfluidity and Superconductivity, 3rd edn. IOP Publishing, Bristol (1990).
Kvadrupolární mód
