高频引力波观测的前期理论研究

精质暴涨宇宙模型、前爆炸宇宙模型、火劫模型以及某些弦宇宙理论，均预期了微波频带的高频遗迹引力波，它们在GHz频带的振幅可望达10^-29至10^-33量级。此外，电磁波与天体等离子体和磁场的相互作用、天体热等离子体振荡、亚毫米额外维模型中的类点粒子与黑洞间的相互作用以及欧洲强子对撞机的建成，均可能产生更高频率的引力波，其中一些振幅的上限可望明显高于10^-29。本项目在已有工作基础上，基于广义相对论、弯曲时空中的经典电动力学和量子电子学，研究上述高频引力波在特定电磁耦合系统中的经典效应、量子效应、标准量子极限、噪声问题、显示条件乃至探测系统的建设成本，为上述高频引力波的电磁探测实验和天文观测的间接效应，提供前瞻性的理论依据，并与低频引力波的传统探测方案形成很好的互补性。

研究了典型宇宙学模型和高能天体物理条件下预期的微波频带的高频引力波的电磁响应和探测方案，并得到如下重要的结果和进展：（1）完成了三维同步谐振（Three-dimensional synchro-resonance:3DSR）方案的研究。结果表明，3DSR方案在ν~10^9 Hz 至ν~10^14 Hz 的频带范围理论上预期的灵敏度可望达h~10^ -24 至h~10^-26 （随机的高频引力波）和h~10^ -28 至h~10^-30 （常数振幅的高频引力波）左右。上述灵敏度至少比英、意方案高出2到3个量级。（2）系统地研究了3DSR系统中的噪声问题，包括背景散粒噪声、信号散粒噪声、热噪声、Johnson噪声、量子噪声等，并提出了在3DSR系统中有效抑制上述噪声的理论方案。（3）揭示了在3DSR系统中对信号光子流的低波阻抗（z~10^-5Ω 或更小）特征，从而为用波阻抗匹配分辨信号光子流和噪声光子流提供了一种新的有效途径。（4）完成了由3DSR的理论研究向实验平台建设过渡的部分环节。（5）完成了与本项目有直接和间接关联的某些宇宙学和天体物理效应的理论计算。此外，以本项目为宗旨，向公众和大学生作了相应的科普讲座和系列报告，并培养了七名博士研究生。