[논문 리뷰] Triangular Farbry-Perot resonator

Qasem Exirifard|arXiv (Cornell University)|2010. 10. 11.

Geophysics and Sensor Technology인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 삼각형 고리(TR) 공진기를 제안하여 광자 영역에서의 로렌츠 대칭 위반을, 시계방향 및 반시계방향 공진 주파수의 차이를 통해 탐지한다. 현재 기술 수준이 최소 표준모형 확장(mSME)의 페어리티가 음수인 매개변수를 직접 측정할 수 있음을 입증하며, 이는 기존의 한계를 수 개의 주기만큼 향상시킨다. 또한, 지구의 기하표면에 수직인 방향에서 빛의 속도가 일정한지 테스트하는 데 있어, 회전하는 광학 테이블을 활용하면 정밀도를 8개 주기만큼 향상시킬 수 있음을 제안한다.

ABSTRACT

We introduce the the Triangular Ring (TR) resonator. We show that the difference between the clockwise and anti-clockwise resonant frequencies of a vacuum TR resonator is sensitive to the birefringence parity-odd parameters of the photon's sector of the minimal Standard Model Extension (mSME): the Standard Model plus all the perturbative parameters encoding the break the Lorentz symmetry. We report that utilizing the current technology allows for direct measurement of these parameters with a sensitivity of the parity even ones and improves the best current resonator bounds by couple of orders of magnitudes. We note that designing an optical table that rotates perpendicular to the gravitational equipotential surface (geoid) allows for direct measurement of the constancy of the light speed at the vicinity of the earth in all directions in particular perpendicular to the geoid. If this table could achieve the precision of the ordinary tables, then it would improve the GPS bounds on the constancy of the light speed perpendicular to geoid by about eight orders of magnitude.

연구 동기 및 목표

• 광자 영역에서의 로렌츠 대칭 위반에 민감한 새로운 공진기 구성을 개발한다.
• 삼각형 고리 공진기에서의 주파수 차이를 이용해 최소 표준모형 확장(mSME)의 페어리티가 음수인 매개변수를 측정한다.
• 현재 기술을 활용하여 광자 영역에서의 로렌츠 위반에 대한 기존 실험적 한계를 향상시킨다.
• 지구의 기하표면에 수직인 방향에서 빛의 속도의 등방성을 초고정밀도로 테스트할 수 있는 회전하는 광학 테이블 설정을 제안한다.

제안 방법

• 시계방향 및 반시계방향으로 전파되는 빛 모드 간의 주파수 차이를 측정하기 위해 삼각형 고리(TR) 공진기를 활용한다.
• 이 주파수 차이가 mSME 프레임워크 내에서 이방성 성질을 가진 비틀림 페어리티 매개변수에 민감함을 활용한다.
• 기존의 광학 공진기 기술을 적용하여 고해상도 주파수 측정을 실현한다.
• 광학 테이블을 지구의 기하표면에 수직인 방향으로 회전시켜, 빛의 속도의 방향성 이방성을 탐지하는 실험 설정을 설계한다.
• 공진기의 주파수 비대칭성을 광자 영역에서의 로렌츠 위반 매개변수에 직접적으로 탐지하는 데 활용한다.
• 삼각형 기하학의 회전 대칭성을 활용하여 진공 이방성에서의 방향성 효과에 대한 감도를 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 삼각형 고리 공진기는 mSME의 광자 영역에서 페어리티가 음수인 로렌츠 위반 매개변수를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 현재 공진기 기술이 이러한 매개변수에 대해 달성 가능한 감도는 무엇인가?
• RQ3 회전하는 광학 테이블은 지구의 기하표면에 수직인 방향에서 빛의 속도의 등방성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 TR 공진기는 광자 영역에서의 로렌츠 위반에 대한 기존의 한계를 어느 정도 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 TR 공진기에서 반대 방향으로 전파되는 모드 간의 주파수 차이를 이용해 모든 방향에서의 빛의 속도 일관성을 테스트할 수 있는가?

주요 결과

• 진공 상태의 TR 공진기에서 시계방향과 반시계방향 모드 간의 주파수 차이는 mSME 광자 영역의 페어리티가 음수인 매개변수에 민감하다.
• 현재 기술 수준이 이러한 매개변수를 직접 측정할 수 있으며, 이는 기존의 최고 수준의 공진기 한계보다 수 개의 주기만큼 향상된 감도를 제공한다.
• 제안된 설정은 지구의 기하표면에 수직인 방향에서 빛의 속도의 등방성을 직접적으로 테스트할 수 있다.
• 표준 광학 테이블과 동일한 정밀도로 구현될 경우, 이 회전 설정은 GPS 기반의 빛의 속도 이방성에 대한 한계를 약 8개 주기만큼 향상시킬 수 있다.
• TR 공진기는 전자기 영역에서의 로렌츠 대칭 위반을 탐지하기 위한 새로운 고감도 방법을 제공한다.
• 이 방법은 로렌츠 위반과 관련된 진공 이방성의 방향성 효과를 탐지하는 데 특히 효과적이다.