Construção de uma nova geração de transdutores paramétricos para o detector de ondas gravitacionais Mario Schenberg

• Ano de defesa: 2012
• Autor(a) principal: Natália do Carmo Carvalho
• Orientador(a): Odylio Denys de Aguiar
• Banca de defesa: Carlos Alexandre Wuensche de Souza, Nei Fernandes de Oliveira Júnior
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Astrofísica
• País: BR
• Resumo em Inglês: Gravitational radiation presents itself as a promising tool for the exploration of the cosmos, its weak coupling with matter not only means a barrier to be overcome by the experimentalists, but it suggests that gravitational waves can carry information from the most remote regions of the universe. Above all, it is believed that its detection can finally confirm the gravitation theory of Einsten. The Mario Schenberg gravitational wave detector is a spherical antenna built from a copper-aluminum alloy with a mass of 1150 kg and a 65 cm diameter. Its principle of operation is characterized by the coupling of three mechanical oscillators, in which devices named transducers are responsible for converting mechanical energy absorbed by the sphere into electronical signals. One expects that when cooled down to a temperature equal or below 100 mK the detector reaches a sensitivity of approximately 10-22 Hz-1/2 in a frequency band of 100 Hz centered at 3.2 kHz. In this work it is proposed a series of improvements in the transducer system with the aim of electromagnetic losses suppression, which could compromise the detector sensitivity. In order to do that a new parametric transducer design was developed. The necessity for replacement of the old design was realized after vibration tests, which made evident design flaws. Methods of surface treatment were also studied with the objective of high electrical Q improvement of the resonant cavities responsible for the signal modulation. Finally, part of the work was dedicated to the improvement of the third component for the transducer system: the thin membranes responsible for the modulation and amplification of the signal.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/03.26.20.44

A radiação gravitacional apresenta-se como uma promissora ferramenta na investigação do cosmos. Seu fraco acoplamento com a matéria não só significa uma barreira a ser ultrapassada pelos experimentalistas, mas sugere que essas ondas gravitacionais possam carregar informações das mais remotas regiões do universo. Sobretudo, acredita-se que sua detecção possa ratificar finalmente a teoria da gravitação de Einsten. O detector de ondas gravitacionais Mario Schenberg é uma antena esférica constituída por uma liga de cobre e alumínio com 1150 kg e 65 cm de diâmetro. Seu princípio de operação é caracterizado por um sistema de três osciladores acoplados, onde dispositivos denominados transdutores são responsáveis por converter a energia mecânica absorvida pela esfera em sinais eletrônicos. Espera-se que, quando resfriado a uma temperatura igual ou inferior a 100 mK, o detector atinja uma sensibilidade de aproximadamente 10$^{-22}$ Hz$^{-1/2}$ em uma banda passante de 100 Hz centrada em 3,2 kHz. Nesse trabalho é proposta uma série de melhorias no sistema de transdução, onde o objetivo é a supressão das perdas eletromecânicas que comprometam a sensibilidade do detector. Para tanto, um novo modelo de transdutor paramétrico foi desenvolvido. A necessidade de substituir o antigo foi constatada após testes de vibração que evidenciaram falhas no \textit{design}. Estudaram-se também métodos de tratamento de superfícies para que as cavidades ressonantes, responsáveis pela modulação do sinal, adquirissem um alto fator de qualidade elétrico. Por fim, dedicou-se uma parte do trabalho ao aperfeiçoamento do terceiro componente do sistema de transdução: membranas delgadas responsáveis por auxiliar na modulação e amplificação do sinal.