Measuring global gravity-inertial effects with ring laser interferometers

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

We discuss advances achieved over the past 20 years in physical experiments on measuring the gravity-inertial background of Earth's surface associated with astrodynamical, geodynamical, and geophysical effects generated by Earth's internal gravity and thermodynamics and by its diurnal and orbital rotation. We discuss a unique instrument, a large-scale Sagnac ring laser interferometer, with a record high sensitivity to variations in the rotation rate and inclination of the laboratory reference frame, as well as to the rotational asymmetry of the optical refractive index of a medium, including a vacuum. These tools allow obtaining knowledge that is simultaneously valuable for elementary particle physics, quantum field theory, laser physics, astrometry, global geodynamics, and seismology. Applications may consist in an early forecast of global cataclysms such as earthquakes and progress in the metrology of angular measurements.

Sobre autores

Valentin Rudenko

Lomonosov Moscow State University, P. K. Sternberg Astronomical Institute; Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics

Email: rvn@sai.msu.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor

Sergei Oreshkin

Lomonosov Moscow State University, P. K. Sternberg Astronomical Institute

Konstantin Rudenko

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics

Email: kroky@ilc.edu.ru
Candidate of physico-mathematical sciences, Associate professor

Bibliografia

  1. Sagniac G., C.R. Acad. Sci. Paris, 157 (1913), 708
  2. Sagniac G., J. Phys. Theor. Appl., 4 (1914), 177
  3. Stedman G. E., Rep. Prog. Phys., 60 (1977), 615
  4. Michelson A. A., Gale H. G., Astrophys. J., 61 (1925), 140
  5. Schreiber K. U. et al., C.R. Phys., 15 (2014), 859
  6. Rowe C. H. et al., Appl. Opt., 38 (1999), 2516
  7. Bosi F. et al., Phys. Rev. D, 84 (2011), 122002
  8. Hughes V. W., Gravitation and Relativity, Ch. 6, H-Y. Chiu, W. F. Hoffmann, W.A. Benjamin, New York, 1964
  9. Cooper L., Stedman G. E., Phys. Lett. B, 357 (1995), 464
  10. Raffelt G. G., J. Phys. A, 40 (2007), 6607
  11. Логунов А. А., Чугреев Ю. В., УФН, 156 (1988), 137
  12. Малыкин Г. Б., УФН, 170 (2000), 1325
  13. Gustavson T. L., Bouyer P., Kasevich M. A., Phys. Rev. Lett., 78 (1997), 2046
  14. Einstein A., Ann. Physik, 17 (1905), 891
  15. Misner С. W., Thorne К. S., Wheeler J. A., Gravitation, W.H. Freeman and Co., San Francisco, CA, 1973
  16. Einstein A., Sitzungsber. preuss. Akad. Wiss., 2 (1914), 1030
  17. Логунов А. А., Лекции no теории относительности и гравитации. Современный анализ проблемы, Наука, М., 1987
  18. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. M., Теория поля, 7-е изд., Наука, М., 1988
  19. Беленов Э. М., Маркин Е. П., Письма в ЖЭТФ, 7 (1968), 497
  20. Фатеев В. Ф., Оптика и спектроскопия, 54 (1983), 697
  21. Lense J., Thirring H., Phys. Z., 19 (1918), 156
  22. Honl H., Naturwissenschaften Reihe, 15 (1966), 1
  23. Rothacher M. et al., J. Geophys. Res., 106 (2001), 13711
  24. Macek W. M., Davis D. T. M. (Jr.), Appl. Phys. Lett., 2 (1963), 67
  25. Di Virgilio A. et al., Class. Quantum Gravity, 27 (2010), 084033
  26. Belfi J. et al., IEEE Trans., 57 (2010), 3
  27. Schreiber K. U., Wells J.-P. R, Rev. Sci. Instrum., 84 (2013), 041101
  28. Rowe C. H. et al., Appl. Opt., 38 (1999), 2516
  29. Dunn R. W. et al., Appl. Opt., 41 (2002), 1685
  30. Hurst R. B. et al., J. Appl. Phys., 105 (2009), 113115
  31. Pritsch B. et al., Appl. Phys. Lett., 91 (2007), 061115
  32. Sidorenkov N. S., The Interaction between Earth's Rotation and Geophysical Processes, Wiley-VCH, Weinheim, 2009
  33. Sidorenkov N. S., Astron. Astrophys. Trans., 24 (2005), 425
  34. Schreiber K. U. et al., Phys. Rev. Lett., 107 (2011), 173904
  35. Igel H. et al., Geophys. Res. Lett. L, 32 (2005), 08309
  36. Igel H. et al., Geophys. J. Int., 168 (2007), 182
  37. Cochard A. et al., Earthquake Source Asymmetry, Structural Media and Rotational Effects, R. Teisseyre, E. Majewski, M. Takeo, Springer, Berlin, 2006, 391
  38. Fichtner A., Igel H., Bull. Seismol. Soc. Am., 99 (2009), 1302
  39. Bernauer M., Fichtner A., Igel H., Geophysics, 74:6 (2009), WCD41
  40. Igel H. et al., Geophys. Res. Lett., 38 (2011), L21303
  41. Widmer-Schnidrig R., Zürn W., Bull. Seismol. Soc. Am., 99 (2009), 1199
  42. Nader M. F. et al., J. Seismol., 16 (2012), 745
  43. Nader M. F. et al., Geophys. J. Int., 201 (2015), 1482
  44. Aki K., Richards P. G., Quantitative Seismology, 2nd ed., Univ. Science Books, Sausalito, CA, 2002
  45. Schreiber U. et al., Proc. of the 11th Intern. Conf. on Integrated Navigation Systems (St. Petersburg, 2004), TsNII Elektropribor, St. Petersburg, 2004
  46. Pancha A. et al., Geophys. Res. Lett., 27 (2000), 3553
  47. Plag H.-P., Pearlman M. (Eds.), Global Geodetic Observing System, Springer, Berlin, 2009
  48. Thirring H., Phys. Z., 19 (1918), 204
  49. Schiff L. I., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 46 (1960), 871
  50. Everitt C. W. F. et al., Phys. Rev. Lett., 106 (2011), 2211014
  51. Ciufolini I., Pavlis E. C., Nature, 431 (2004), 958
  52. Missions - LAGEOS 1&2. NASA Science, 4 May 1976
  53. Fisher A., Popular Sci., 209:1 (1977), 10
  54. Van Patten R. A., Everitt C. W. F., Phys. Rev. Lett., 36 (1976), 629
  55. Ciufolini I. et al., Class. Quantum Gravity, 14 (1997), 2701
  56. Ciufolini I. et al., Science, 279 (1998), 2100
  57. Ciufolini I. et al., Eur. Phys. J. Plus, 126 (2011), 72
  58. Paolozzi A., Ciufolini I., Acta Astronaut., 91 (2013), 313
  59. Will C. M., Living Rev. Relativ., 17 (2014), 4
  60. Burgay M. et al., Nature, 426 (2003), 531
  61. Ciufolini I., Wheeler J. A., Gravitation and Inertia, Princeton Univ. Press, Princeton, NJ, 1995
  62. Raine D., Thomas E., Black Holes: An Introduction, World Scientific, Hackensack, NJ, 2010
  63. Stedman G. E., Schreiber K. U., Bilger H. R., Class. Quantum Gravity, 20 (2003), 2527
  64. Di Virgilio A. et al., Int. J. Mod. Phys. D, 19 (2010), 2331
  65. Di Virgilio A. et al., C. R. Phys., 15 (2014), 866
  66. Beverini N. et al., Laser Phys., 24 (2014), 074005
  67. Santagata R. et al., Class. Quantum Gravity, 32 (2015), 055013
  68. NEWSLETTER 35, May 2017, p. 10. INFN
  69. Peccei R. D., Quinn H. R., Phys. Rev. Lett., 38 (1977), 1440
  70. Peccei R. D., Quinn H. R., Phys. Rev. D, 16 (1977), 1791
  71. Weinberg S., Phys. Rev. Lett., 40 (1978), 223
  72. Wilczek F., Phys. Rev. Lett., 40 (1978), 279
  73. Preskill J., Wise M. B., Wilczek F., Phys. Lett. B, 120 (1983), 127
  74. Dine M., Fischler W., Phys. Lett. B, 120 (1983), 137
  75. Abbott L. F., Sikivie P., Phys. Lett. B, 120 (1983), 133
  76. Davis R. L., Phys. Lett. B, 180 (1986), 225
  77. Lyth D. H., Phys. Lett. B, 275 (1992), 279
  78. Svrcek P., Witten E., J. High Energy Phys., 2006, no. 06, 051
  79. Arvanitaki A. et al., Phys. Rev. D, 81 (2010), 123530
  80. Sikivie P., Phys. Rev. Lett., 51 (1983), 1415
  81. Sikivie P., Phys. Rev. D, 32 (1985), 2988
  82. DePanfilis S. et al., Phys. Rev. Lett., 59 (1987), 839
  83. Wuensch W. et al., Phys. Rev. D, 40 (1989), 3153
  84. Lazarus D. M. et al., Phys. Rev. Lett., 69 (1992), 2333
  85. Semertzidis Y. et al., Phys. Rev. Lett., 64 (1990), 2988
  86. Hagmann C. et al., Phys. Rev. D, 42 (1990), 1297
  87. Asztalos S. J. et al., Phys. Rev. D, 64 (2001), 092003
  88. Carrack new, Research Center for Low Temperature and Materials Sciences, Kyoto Univ.
  89. Moriyama S. et al., Phys. Lett. B, 434 (1998), 147
  90. Anastassopoulos V. et al. (CAST Collab.), Nat. Phys., 13 (2017), 584
  91. ADMX
  92. Duffy L. D. et al., Phys. Rev. D, 74 (2006), 012006
  93. Iguaz F. J. (for the CAST Collab.)
  94. Spector A. (for the ALPS Collab.)
  95. Tran Tan H. B. et al., Phys. Dark Univ., 24 (2019), 100272
  96. Jackson Kimball D. F. et al., Microwave Cavities and Detectors for Axion Research, Proc. of the 3rd Intern. Workshop, Springer Proc. in Physics, 245, G. Carosi, G. Rybka, Springer, Cham, 2020, 105
  97. Ehret K. et al., Phys. Lett. B, 689 (2010), 149
  98. Betz M. et al., Phys. Rev. D, 88 (2013), 075014
  99. Bogorad Z. et al., Phys. Rev. Lett., 123 (2019), 021801
  100. Gao C., Harnik R.
  101. Salnikov D. et al., J. High Energ. Phys., 2021 (2021), 143
  102. Irastorza I. G., Redondo J., Prog. Part. Nucl. Phys., 102 (2018), 89
  103. Troitsky S., Phys. Rev. D, 93 (2016), 045014
  104. Kuster M. et al., Axions: Theory, Cosmology, and Experimental Searches, Lecture Notes in Physics, 741, M. Kuster, G. Raffelt, B. Beltran, Springer-Verlag, Berlin, 2008
  105. Кобычев В., Попов С., Троицкий вариант №4 (173), 2015
  106. Sparnaay M. J., Nature, 180 (1957), 334
  107. Bordag M. et al., Advances in the Casimir Effect, Oxford Univ. Press, Oxford, 2009
  108. Мостепаненко В. М., Трунов Н. Н., УФН, 156 (1988), 385
  109. Бараш Ю. С., Гинзбург В. Л., УФН, 116 (1975), 5
  110. Masuda M. et al., Phys. Rev. Lett., 102 (2009), 171101
  111. Fouche M., Battesti R., Rizzo C., Phys. Rev. D, 93 (2016), 093020
  112. Pugnat P. et al., Czech. J. Phys., 55 (2005), A389
  113. Zavattini E. et al., Phys. Rev. Lett., 96 (2006), 110406
  114. Zavattini E. et al., Phys. Rev. D, 77 (2008), 032006
  115. Della Valle F. et al., Phys. Rev. D, 90 (2014), 092003
  116. Zavattini G. et al., Eur. Phys. J. C, 76 (2016), 294
  117. Della Valle F. et al., Eur. Phys. J. C, 76 (2016), 24
  118. Obata I., Fujita T., Michimura Y., Phys. Rev. Lett., 121 (2018), 161301
  119. Drever R. W. P. et al., Appl. Phys. B, 31 (1983), 97
  120. Гаврилюк Ю. М. и др., Письма в ЖЭТФ, 101 (2015), 739
  121. Gavriljuk Ju. M. et al., Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. A, 729 (2013), 576
  122. Гаврилюк Ю. М. и др., Письма в ЖЭТФ, 107 (2018), 617
  123. Nagashima Y., Elementary Particle Physics: Foundations of the Standard Model, v. 2, Wiley-VCH, Weinheim, 2013
  124. Schwartz M. D., Quantum Field Theory and the Standard Model, Cambridge Univ. Press, New York, 2014
  125. Емельянов В. М., Стандартная модель и ее расширения, Физматлит, М., 2007
  126. Kostelecky V. A., Russell N., Rev. Mod. Phys., 83 (2011), 11
  127. Kostelecky V. A., Mewes M., Phys. Rev. D, 85 (2012), 096005
  128. Michimura Y. et al., Phys. Rev. Lett., 110 (2013), 200401
  129. Wolf P. et al., Phys. Rev. D, 70 (2004), 051902
  130. Herrmann S. et al., Phys. Rev. Lett., 95 (2005), 150401
  131. Eisele Ch., Nevsky A. Yu., Schiller S., Phys. Rev. Lett., 103 (2009), 090401
  132. Herrmann S. et al., Phys. Rev. D, 80 (2009), 105011
  133. Parker S. R. et al., Phys. Rev. Lett., 106 (2011), 180401
  134. Michimura Y. et al., Phys. Rev. D, 88 (2013), 111101
  135. Trimmer W. S. N. et al., Phys. Rev. D, 8 (1973), 3321
  136. Tobar M. E. et al., Phys. Rev. D, 71 (2005), 025004
  137. Exirifard Q., Int. J. Mod. Phys. D, 23 (2014), 1450038
  138. Hеansch T. W., Couillaud B., Opt. Commun., 35 (1980), 441
  139. Weiss R., Quarterly Progress Report, No. 105, Research Laboratory of Electronics, MIT, Cambridge, MA, 1972, 54 pp.
  140. Drever R. W. P., Gravitational Radiation, Summer School (Les Houches, France, 2 - 21 June 1982), N. Deruelle, T. Piran, North-Holland, Amsterdam, 1983, 955
  141. Sun K.-X. et al., Phys. Rev. Lett., 76 (1996), 3053
  142. Abbott B. P. et al. (LIGO Scientific Collab., Virgo Collab.), Phys. Rev. Lett., 116 (2016), 061102
  143. Abbott B. P. et al. (LIGO Scientific Collab., Virgo Collab.), Phys. Rev. Lett., 119 (2017), 141101
  144. Abbott B. P. et al. (LIGO Scientific Collab., Virgo Collab.), Phys. Rev. Lett., 119 (2017), 161101
  145. Mizuno J. et al., Opt. Commun., 138 (1997), 383
  146. Lück H. et al., Plans for E.T. (Einstein Telescope), A European 3rd generation gravitational wave observatory, presented at the AMALDI 7 conference, Sydney Einstein gravitational wave Telescope 2007 Design study proposal submitted to European Union. Framework 7, INFRA-2007-2.1-01, Design studies for research infrastructures in all S&T fields, 2007
  147. Gustafson E. et al., LIGO Document Number T990080-00-D
  148. Freise A. et al., Class. Quantum Gravity, 26 (2009), 085012
  149. Брагинский В. Б., Воронцов Ю. И., УФН, 114 (1974), 41
  150. Брагинский В. Б., Воронцов Ю. И., Халили Ф. Я., ЖЭТФ, 73 (1977), 1340
  151. Thorne K. S. et al., Phys. Rev. Lett., 40 (1978), 667
  152. Гусев А. В., Руденко В. Н., ЖЭТФ, 76 (1979), 1488
  153. Гришанин Б. А., Стратонович Р. Л., Проблемы передачи информации, 6:3 (1970), 15
  154. Stratonovich R. L., IEEE, 22 (1974), 303
  155. Додонов В. В., Манько В. И., Руденко В. Н., ЖЭТФ, 78 (1980), 881
  156. Dodonov V. V., Man'ko V. I., Rudenko V. N., Found. Phys., 13 (1983), 607
  157. Caves C. M., Phys. Rev. D, 23 (1981), 1693
  158. Kulagin V. V., Rudenko V. N., Nuovo Cimento C, 10 (1987), 601
  159. Кулагин В. В., Руденко В. Н., ЖЭТФ, 94:4 (1988), 51
  160. Bagaev S. N. et al., Rev. Sci. Instrum., 85 (2014), 065114
  161. Braginsky V. B., Khalili F. Ja., Phys. Lett. A, 147 (1990), 251
  162. Braginsky V. B., Khalili F. Ya., Quantum Measurement, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1992
  163. Khalili F. Ya.
  164. Chen Y., Phys. Rev. D, 67 (2003), 122004
  165. Danilishin S. L., Phys. Rev. D, 69 (2004), 102003
  166. Meers B. J., Phys. Rev. D, 38 (1988), 2317
  167. Adhikari R. X., Rev. Mod. Phys., 86 (2014), 121
  168. Ворончев Н. В., Данилишин Ш. Л., Халили Ф. Я., Вестн. Моск., 2014, № 6, 81
  169. Gräf C. et al., Class. Quantum Gravity, 31 (2014), 215009
  170. Danilishin S. L., Khalili F. Ya., Living Rev. Relativ., 15 (2012), 5
  171. Герценштейн М. Е., Кобзев В. В., Радиотехника и электроника, 19 (1974), 1330
  172. Додонов В. В., МанькоВ И, Руденко В. Н., Квантовая электроника, 7 (1980), 2124
  173. Abbott B. et al. (LIGO Scientific Collab.), New J. Phys., 11 (2009), 073032
  174. Borde Сh. J. et al., J. Physique Lett., 44 (1983), 983
  175. Chebotayev V. P. et al., J. Opt. Soc. Am. B, 2 (1985), 1791
  176. Clauser J. F., Physica B+C, 151 (1988), 262
  177. Kasevich M., Chu S., Phys. Rev. Lett., 67 (1991), 181
  178. Carnal O., Mlynek J., Phys. Rev. Lett., 66 (1991), 2689
  179. Keith D. W. et al., Phys. Rev. Lett., 66 (1991), 2693
  180. Riehle F. et al., Phys. Rev. Lett., 67 (1991), 177
  181. Cronin A. D., Schmiedmayer J., Pritchard D. E., Rev. Mod. Phys., 81 (2009), 1051
  182. Lenef A. et al., Phys. Rev. Lett., 78 (1997), 760
  183. Gustavson T. L., Bouyer P., Kasevich M. A., Phys. Rev. Lett., 78 (1997), 2046
  184. Storey P., Cohen-Tannoudji C., J. Phys. II France, 4 (1994), 1999
  185. Borde Ch. J., C. R. Acad. Sci. Phys., 2 (2001), 509
  186. Borde Ch. J., Metrologia, 39 (2002), 435
  187. Antoine Ch., Borde Ch. J., Phys. Lett. A, 306 (2003), 277
  188. Barrett B. et al., C.R. Phys., 15 (2014), 875
  189. Gustavson T. L., Landragin A., Kasevich M. A., Class. Quantum Gravity, 17 (2000), 2385
  190. Durfee D. S., Shaham Y. K., Kasevich M. A., Phys. Rev. Lett., 97 (2006), 240801
  191. Canuel B. et al., Phys. Rev. Lett., 97 (2006), 010402
  192. Gauguet A. et al., Phys. Rev. A, 80 (2009), 063604
  193. Stockton J. K., Takase K., Kasevich M. A., Phys. Rev. Lett., 107 (2011), 133001
  194. Кробка Н. И., Гироскопия и навигация, 2009, № 3, 36
  195. Garrido Alzar C. L., AVS Quantum Sci., 1 (2019), 014702
  196. Sato Y., C.R. Phys., 15 (2014), 898
  197. Catherin J. M., Dessus B., French Patent 1511089 (granted 26.01.68)
  198. Бурнашев М. Н., Павлов П. А., Филатов Ю. В., Квантовая, 43 (2013), 2130
  199. Бурнашев М. Н. и др., Квантовая электроника, 30 (2000), 2141
  200. АО “НИИ ‘‘Полюс” им. М.Ф. Стельмаха’’
  201. Pisani M. et al., J. Phys. Conf. Ser., 1065 (2018), 032009
  202. Filatov Yu. V., Loukianov D. P., Probst R., Metrologia, 34 (1997), 343
  203. Filatov Yu. V., Loukianov D. P., Pavlov P. A., VDI Reports No. 1118, 1994, 123 pp.
  204. Кривцов Е. П., Филатов Ю. В., Измерительная техника, 1989, № 12, 11
  205. Павлов П. А., Измерительная техника, 2008, № 1, 17
  206. Gauguet A. (Ed.), “The Sagnac effect: 100 years later”, C.R. Phys., 15:10 (2014)
  207. Darrigol O., C.R. Phys., 15:10 (2014), 789

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

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».