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磁体即韦伯巨型引力波探测器

高能物理 - 唯象学 2025-07-15 v2 天体物理仪器与方法 广义相对论与量子宇宙学 高能物理 - 实验

摘要

当引力波(GW)通过直流磁场时,会与产生该磁场的导电线圈中的电流耦合,使其以GW频率振荡。振荡电流随后通过产生交流分量,使得GW能够被检测——从而形成一种共振质量探测器或磁性韦伯巨型探测器。我们量化了这一论点,证明磁体在由系统机械与电磁共振频率所划分的频率范围内具有极高的GW灵敏度;事实上,我们概述了为何磁读出策略可被视为最优韦伯巨型探测器的设计。该概念适用于广泛的磁体类,但可被部署用于寻找亚素粒子暗物质的数据探测器(如DMRadio和ADMX-EFR)所使用的强大磁体充分利用。明确地,我们展示了正在部署用于ADMX-EFR的MRI磁体可实现约 1020/Hz10^{-20}/\sqrt{\text{Hz}} 的宽带GW应变灵敏度,频率范围为几 kHz 至约 10 MHz;在利用机械共振时,灵敏度可达约 1022/Hz10^{-22}/\sqrt{\text{Hz}}

关键词

引用

@article{arxiv.2408.01483,
  title  = {Magnets are Weber Bar Gravitational Wave Detectors},
  author = {Valerie Domcke and Sebastian A. R. Ellis and Nicholas L. Rodd},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2408.01483},
  year   = {2025}
}

备注

7+14 pages, 1+6 figures; v2: journal version