• شماره ركورد
    24444
  • شماره راهنما
    PHY3 160
  • عنوان

    طرح‌واره‌هاي نظري براي آشكارسازي سرشت كوانتومي امواج گرانشي اوليه از طريق رديابي ويژگي‌هاي كوانتومي امواج الكترومغناطيسي

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    فيزيك - اتمي مولكولي
  • دانشكده
    فيزيك
  • تاريخ دفاع
    1403/09/19
  • صفحه شمار
    242 ص.
  • استاد راهنما
    مالك باقري هاروني
  • كليدواژه فارسي
    امواج گرانشي اوليه , مانستگي محيط نوري , كيهان‌شناسي تورمي , ناهمدوسي گرانشي , نسبت تانسور به اسكالر
  • چكيده فارسي
    يكي از نتايج اساسي كيهان‌شناسي تورمي اين است كه اختلالات تانسوريِ فضازمان، مشابه با ساختار بزرگ‌مقياس كيهان، از نوسانات كوانتومي در دوران تورمي سرچشمه مي‌گيرند. ايجاد و تقويت امواج گرانشيِ اوليه كه در دوران تورم پديد آمده‌اند، در نقطه‌ي تلاقي مكانيك كوانتومي و كيهان‌شناسي قرار دارد. بنابراين، آشكارسازي ويژگي‌هاي كوانتومي اين امواج، به‌ويژه ماهيت چلانده‌ي آن‌ها، نه تنها راهي براي كاوش در ذات كوانتومي امواج گرانشي مي‌گشايد، بلكه مي‌تواند منبعي از اطلاعاتي از كيهان آغازين فراهم كند كه تاكنون براي ما دست‌نيافتني بوده است. در اين رساله، به بررسي جامعي از برهم‌كنش ميان امواج گرانشي كوانتومي و ميدان‌ الكترومغناطيسي كه به‌عنوان كاوشگر فضازمان كوانتومي در نظر گرفته مي‌شود، مي‌پردازيم. با استفاده از چارچوب مانستگي محيط‌ نوري، نه‌تنها نتايج معمول آشكارسازهاي تداخل‌سنجي را در قالب تغيير فاز بازتوليد مي‌كنيم، بلكه امكان توسعه‌ي اين بررسي به سطح كاملاً كوانتومي را نيز فراهم مي‌آوريم. در اين راستا، كاربرد مفاهيم شناخته‌شده‌ي اپتيك كوانتومي در مانسته‌سازي پديده‌هاي گرانشي، درك ما را از برهم‌كنش ميان امواج الكترومغناطيسي و امواج گرانشي عمق مي‌بخشد. با استخراج هاميلتونيِ توصيف‌كننده‌ي برهمكنش و ارتقاي آن به سطح كوانتومي، بررسي تحول ميدان كوانتيده‌ي الكترومغناطيسي در حضور امواج گرانشي قابل دست‌يابي است. به‌طور خاص، با ارزيابي مؤلفه‌هاي كوادراتوري ميدان الكترومغناطيسي، نشان مي‌دهيم كه مشاهده‌ي مستقيم ويژگي‌هاي كوانتومي امواج گرانشي بر مبناي بازگشت‌ چلاندگي الكترومغناطيسي امكان‌پذير نيست. با اين وجود، نشان مي‌دهيم كه امواج گرانشيِ اوليه موجب ناهمدوسيِ ميدان الكترومغناطيسي شده و هم‌بستگي‌هاي زماني آن را پس از گذشت يك مقياس زمانيِ مشخصه از بين مي‌برند. اين مقياس زمانيِ مشخصه، به پارامترهاي كيهاني، از جمله شاخص تورمي و نسبت تانسور به اسكالر وابسته است. افزون بر اين، ظهور نوارهاي جانبي در طيف نوري مي‌تواند به‌عنوان اثري از ماهيت چلانده‌ي امواج گرانشيِ اوليه تلقي شود. همچنين، اثر پس‌زمينه‌ي كوانتومي امواج گرانشي بر هم‌بستگي‌هاي فازي ميدان الكترومغناطيسي منتشرشده از منابع دور را مورد بررسي قرار مي‌دهيم. نشان مي‌دهيم كه اگر امواج گرانشي اوليه در حالت فشرده‌ي دو-مدي قرار داشته باشند، مي‌توانند موجب تخريب هم‌بستگي‌هاي ون-سيتر-زرنيك شوند، پديده‌اي كه به‌عنوان تاريِ نماياني شناخته مي‌شود. بااين‌حال، اين اثر به‌شدت وابسته به مقدار نسبت تانسور به اسكالر است و نشان مي‌دهيم كه براي مقادير كنوني اين پارامتر، اثر ناهمدوسي آن‌چنان ضعيف است كه توانايي از بين بردن هم‌بستگي‌هاي فازي ميدان الكترومغناطيسي را ندارد. با اين وجود، ايده‌ي استفاده از هم‌بستگي‌هاي فضايي نور را به‌عنوان ابزاري نوين براي كاوش در پس‌زمينه‌ي گرانشيِ اوليه مطرح مي‌كنيم.
  • كليدواژه لاتين
    Primordial gravitational waves , Optical medium analogy , inflation cos- mology , Gravitational decoherence , tensor to scalar ratio
  • عنوان لاتين
    Theoretical Schema for Detecting Quantum Nature of Primordial Gravitational Waves by Probing the Quantum Features of Electromagnetic Waves
  • گروه آموزشي
    فيزيك
  • چكيده لاتين
    One of the fundamental outcomes of inflationary cosmology is that tensorial perturbations of spacetime, similar to the large-scale structure of our Universe, originate from quantum fluctuations during the inflationary epoch. Creation an‎d amplification of inflationary- generated primordial gravitational waves lie in the middle of the crossroad where quantum mechanics meet cosmology. Thus, detecting their quantumness, especially their squeezed nature, not only paves the way to search for the quantum essence of gravitational waves but also may provide a hitherto inaccessible source of information about the early Uni- verse. In this dissertation, we present a comprehensive investigation of the interaction be- tween quantum gravitational waves an‎d electromagnetic fields that are supposed to probe quantum spacetime. Using the optical medium analogy framework, we not only recover the usual results of a typical interferometer detector in terms of the phase shift, but we may also promote the investigation to a fully quantum mechanical one, where the appli- cation of the well-known quantum optical language in analog systems, helps understan‎d the electromagnetic-gravitational wave interaction in a close-up. In particular, we assess the quadrature variance of the electromagnetic field an‎d demonstrate the impossibility of witnessing the quantum nature of gravitational waves based on the revivals of optical squeezing. On the contrary, we show that primordial gravitational waves induce decoher- ence of the electromagnetic field an‎d ruin temporal correlations after a characteristic time scale, which depends on the cosmological parameters, namely the inflationary index an‎d the tensor-to-scalar ratio. Moreover, the apparition of sideban‎ds in the optical spectrum may be viewed as a signature of the squeezed nature of relic gravitational waves. More- over, we investigate the effect of quantum background of GWs on the phase correlations of EM field emitted from distant sources. We show that primordial gravitational waves placed in two-mode squeezed state could ruin van Citter-Zernike correlations, an effect called as the blurring of the visibility. Although the effect crucially depends on the value of tensor-to-scalar ratio, it turns out that for the current upper-bounds on this parameter, the incoherence effect is too feeble that can not ruin electromagnetic phase correlations. Nevertheless, we promote the idea of using spatial correlations of light as a new tool to explore the primordial gravitational background.
  • تعداد فصل ها
    8
  • استاد راهنماي خارج از دانشگاه
    Alain Blanchard ,Brahim Lamine
  • فهرست مطالب pdf
    121048
  • نويسنده

    شجاعي اراني، فاطمه