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Spacetime simulation and metrology with Bose-Einstein condensates
Daniel Hartley
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Physik)
Betreuer*in
Ivette Fuentes
DOI
10.25365/thesis.61887
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-12289.95300.663461-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Nach Tausenden von Jahren von alleinig lichtbasierter Astronomie bringen die rasanten technologischen Fortschritte des letzten Jahrhunderts die direkte Messung der Gravitation jenseits von Newton an die Schwelle des Machbaren. Aufgrund ihrer hohen erreichbaren Präzision und Kontrollierbarkeit sind ultrakalte Atomsysteme dabei zu einem wichtigen Bestandteil von Gravitationstests zu werden.
In dieser Doktorarbeit wird ein Bose-Einstein-Kondensat (BEK)-Detektor zur Parameterbeschränkung von über die allgemeine Relativitätstheorie hinausgehenden Modellen vorgeschlagen und Methoden zur analogen Simulation dieser Modelle sowie von Gravitationswellen vorgestellt. Bei den hier betrachteten Modellen handelt es sich um ``abgeschirmte'' Fünfte-Wechselwirkungsmodelle, deren Stärke von der Umgebungsstoffdichte abhängt und in vielen Erweiterungen der allgemeinen Relativitätstheorie wie z.B. Stringtheorie vorkommen.
Die in dieser Doktorarbeit vorgestellten analogen Simulationen sind, ihrer ursprünglichen Motivation entsprechend, für das Testen der metrologischen Schemata des in dieser Dissertation vorgeschlagenen Detektors und eines 2014 vorgeschlagenen Gravitationswellendetektors auf BEK-Basis geeignet. Zusätzlich konnen sie für analoge Tests in rechnerisch anspruchsvollen Teilen ihrer jeweiligen Parameterräume genutzt werden.
Es werden explizite Ausdrücke der für die Simulation eines generischen Gravitationswellenprofiles benötigten experimentellen Parameter des BEK angegeben. Für die Simulation abgeschirmter Fünfte-Wechselwirkungsmodelle werden die experimentellen BEK-Parameter für viele der am häufigsten untersuchten Abschirmungsmechanismen hergeleitet, einschließlich Chamäleons, Symmetronen, Dilatonen, Galileonen und D-BIonen.
Der in dieser Doktorarbeit vorgeschlagene Detektor basiert auf einem gelenkten BEK-Interferometerschema. Nach diesen Ergebnissen könnte ein einzelner Durchlauf dieses Detektors den verbleibenden interessanten Parameterraum des einfachsten Chamäleonmodells vollständig eliminieren und bestehende Grenzen bei anderen Modellen um viele Größenordnungen verbessern.
Abstract
(Englisch)
After thousands of years of access only to light based astronomy, the rapidly accelerating march of technological progress has brought direct measurements of gravity beyond Newton into the realm of reality. Cold atoms already play an important role in these tests and measurements of gravity, due to their low noise and high degree of control.
In this thesis, a Bose-Einstein-condensate (BEC) based detector for constraining models beyond General Relativity is proposed, alongside techniques for various analogue simulations. The models considered here are fifth force models where the force is ``screened'' in areas of high ambient matter density. Such models appear in many extensions to General Relativity, e.g. string theory, and are currently most tightly bounded by atom interferometry experiments.
The two simulations described in this thesis, comprising screened fifth-force models and gravitational waves, are useful for testing the detector proposed in this thesis and a BEC-based gravitational wave detector proposed in 2014, as well as for tests of computationally challenging parameter spaces.
Explicit expressions are given for the experimental parameters needed to simulate the effect of any generic far-field gravitational wave profile. The necessary experimental parameters are also derived for simulating many of the most commonly studied screening mechanisms including chameleon, symmetron, dilaton, galileon and D-BIon models.
The detector proposed in this thesis consists of a guided BEC interferometer scheme. A single run of this detector could eliminate the remaining interesting parameter space of the simplest chameleon model, and substantially improve bounds on other models by many orders of magnitude.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Bose-Einstein condensates Analogue gravity Gravitational waves Screened scalar fields Quantum metrology
Schlagwörter
(Deutsch)
Bose-Einstein-Kondensate Analoge Gravitation Gravitationswellen Abgeschirmte Skalarfelde Quantenmetrologie
Autor*innen
Daniel Hartley
Haupttitel (Englisch)
Spacetime simulation and metrology with Bose-Einstein condensates
Paralleltitel (Deutsch)
Raumzeit-Simulation und Metrologie mit Bose-Einstein-Kondensaten
Publikationsjahr
2019
Umfangsangabe
xii, 122 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Clare Burrage ,
Časlav Brukner
AC Nummer
AC16113618
Utheses ID
54706
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |