基于存储环的引力波观测器概念研究：引力波应变与同步辐射噪声

本文首次探讨了以存储环为基础的引力波探测器以测量米赫次频段引力波(mHz GWs)的可行性。尽管这一整体挑战包含多个子问题，本文仅聚焦于量化存储环中高速离子动能和辐射功率所施加的设计限制。我们提出一种基于测量离子链时间飞行信号的实验方案。对于此类GW探测器，测量原理固有的主要噪声来源之一是发射同步辐射的散粒噪声。我们通过对不同质量和速度的离子进行解析估计和仿真计算存储环(大小为大型强子对撞机LHC周长)中到达时间信号的噪声幅度。结果表明，实验设计可将同步辐射噪声在$10^{-4} - 10^{-2}$ Hz频率范围内的噪声幅度降低至预期来自超大质量双黑洞或极端质量比脱合体(EMRI)等天体物理源的GW信号水平的1-2个数量级以下。构建可工作存储环式GW探测器的其他关键要求包括产生和加速具有所需能量分辨率的重离子链、对其注入和持续储存，以及用于确定粒子到达时间的探测方法。然而，这些并非本文关注的重点；本文侧重于以离子类型、动能和环形设计为基础，定义可行的工作原理，以后续更完整的实验 setup 为起点。