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Cavalier [email protected] Orsay
Séminaire à deux voix au Commissariat à l’Energie Atomique,21 Juin 2005
L’Expérience VIRGO
Rappel Historique
1960 Premier détecteur(Weber)1963 Idée d’un détecteur ITF(Gersenshtein&Pustovoit, Weber)1969 Première fausse alarme (Weber)197X Age d’or des détecteurs type Weber1972 Faisabilité de l’ITF (Weiss) et premier prototype (Forward)1974 PSR1913+16 (Hulse&Taylor)Fin 70s Barres à 4 K, prototypes ITF(Glasgow, Garching, Caltech)1980 Premières activités in France1986 Naissance de la collaboration VIRGO (France+Italie)1989 proposal VIRGO, proposal LIGO (USA)1992 VIRGO FCD Approbation Française. LIGO approuvé1993 VIRGO approuvé en Italie1996 Début Construction VIRGO et LIGO2001-2002 VIRGO CITF. LIGO : engineering runs2005 LIGO presque à sa sensibilité200X VIRGO à sa sensibilité
Miroir Recyclage
La Détection Interférométrique
Laser
Photodiode
Miroir de fond
Miroir de fondBeam-Splitter
Miroir d’entrée
Miroir d’entrée
Fabry-Perot 2
Fabry-Perot 1
Expérience Table: hMin 10-17 Hz-1/2
PLhMin
11Virgo : hMin 10-23 Hz-1/2
Les Laboratoires
• LAL Orsay : • Vide• Banc d’entrée• Contrôle Global• Simulation
• LAPP Annecy :• Banc de détection• Électronique• Tour • Acquisition• Simulation
• Observatoire de Nice :• Laser• Banc d’entrée
• IPN Lyon : Coating des miroirs• ESPCI Paris : Métrologie des miroirs
• INFN Pise: • Super-atténuateur• Vide• Infrastructure
• INFN Florence : Super-atténuateur
• INFN Naples :• Acquisition• Monitoring environnement
• INFN Pérouse : Fils de suspension• INFN Frascati : Alignement• Univ. Rome :
• Contrôles locaux• Marionnette
L’enceinte à vide
• Fluctuations de pression :• P < 10-7 mbar (H2)• P < 10-14 pour les hydrocarbures
• Tube:• 1,2 m de diamètre • 6 km de long• V 6000 m3
• Lumière Diffusée :• pièges à lumière• déflecteurs
L’enceinte à vide
Le bruit sismique
• Mesure :h sismique ( ) 10-10 -2 Hz-1/2
• Principe de l’isolation :
• chaîne de pendules avec dissipation interne• chaque pendule se comporte comme un filtre passe-bas :
H( ) = ( 0 / )2 pour > 0
Les Performances
• mouvement des miroirs de l’ordre du micron• vitesse de quelques microns par seconde
Le Super-Atténuateur
Le bruit thermique
• Chaque fil de suspension ou miroir se comporte comme un oscillateur excité par l’agitation thermique
• Caractérisé par 0 et Q facteur de qualité
• Mesures de Q :• silice : 106
• fils d’acier : 104 – 105
• pendule : 107
• Facteur limitant entre 3 et 500 Hz
• Miroir de 30 kg (bruit quand M )
• Recherche de nouveaux matériaux (saphir)
• Suspensions monolithiques
Les miroirs
• Réflectivités définies à mieux que 0,01 %• Réflectivités miroirs d’extrémités > 0.9998• Pertes (absorption, diffusion) de l’ordre de quelques ppm• Rayon de courbure élevé (3400 m) et défini à 3 % près• Surface définie à /40 sur 30 cm de diamètre
• Coating réalisé par le SMA à l’IPN de Lyon• Métrologie faite à l’ESPCI
Solution : miroirs en silice (SiO2) = 35 cm et h = 10 ou 20 cm
La Sensibilité de Virgo
Si tous les bruits technologiques sont contrôlés
Virgo et le CITF
Le CITF(Central area InTerFerometer)
Partie Centrale (pas de bras kilométrique) Juin 2001 - Juillet 2002.
Tests et validation : super atténuateurs électronique et software data acquisition output mode cleaner optique d’injection
Résultat Principal: apprendre à contrôler un ITF suspendu avec des systèmes digitaux
CITF Engineering runs : résultats
Bruit Alignement
Bruit Fréquence
Le Commissioning de Virgo
• Début en Septembre 2003 après le passage à Virgo complet
• Stratégie:• Bras Nord
• Lock acquisition
• Stabilisation de fréquence
• Auto Alignement
• Contrôle hiérarchique (top stage, marionnette, masse de référence)
• Bras Ouest (idem)
• ITF Recombiné (pas de miroir de recyclage) (idem)
• ITF complet (idem)
•Locking au premier essai
• Premier lock ~ 1 heure
• bruit de fréquence et bruit d’alignement
Puissance Transmise
Réduction Bruit de fréquence
Bras Nord
Interféromètre Recombiné
B7_demod
B8_demod
Bras Nord
Bras Ouest
B5
B1B2
stratégie “3 étapes”
North locké Ouest locké
DC
signal d’erreur
Correction
Michelson locké
Interféromètre Recombiné
B2_3f_ACp B1p_DC
B8_ACp
10 μrad
B2_3f_ACp PR (PRCL)B1p_DC BS (MICH)B7_ACp FP Nord B8_ACp FP Ouest
LASER
B7_ACp
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-0.5
0
0.5
1
Offset sur B1p_DC
B2_3f_ACp B1p_DC
B8_ACp
10 μrad
B2_3f_ACp PR (PRCL)B1p_DC BS (MICH)B5_ACp SSFS (CARM)B8_ACp NE-WE (DARM)
LASER
B5_ACp
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-0.5
0
0.5
1
Offset sur B1p_DC
B2_3f_ACp B1p_DC
B8_ACp
B2_3f_ACp PR (PRCL)B1p_DC BS (MICH)B5_ACp SSFS (CARM)B8_ACp NE-WE (DARM)
LASER
B5_ACp
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-0.5
0
0.5
1
Offset sur B1p_DC
Interféromètre Recyclé
• Désalignement Miroir Recyclage • Lock ITF à 50 % de la frange noire avec le signal DC• Démarrage Second Étage Stabilisation de Fréquence• Alignement Miroir Recyclage• Décroissance offset jusqu’à 8%• Passage du DC au signal d’erreur
Interféromètre Recyclé
Puissance Cavité Recyclage Puissance dans les brasPuissance Bandes Latérales
Les différentes sensibilités
GEOTAMA
AIGO
VIRGO
Les autres ITF
3 ITF kilométriques:• VIRGO (3 km)• LIGO (2 antennes, 4 km + 1 antenne 2 km) Coïncidences et reconstruction de la position des sources
L’Astronomie Gravitationnelle a besoin de 3 ITFs
LIGO
Sensibilités LIGO
Sensibilités LIGO: Dernières Nouvelles
Conclusions
• Beaucoup d’expérience acquise pendant le CITF• Commissioning VIRGO complet depuis Septembre 2003• Après 2 ans:
• Cavités Nord et Ouest lockées, alignées et stabilisation de fréquence• ITF Recombiné: idem • Virgo complet: locké, alignement quasi-terminé et stabilisation de fréquence. Robustesse à améliorer
• Prise de données de 15 jours en juillet août avec Virgo complet ou Recombiné (selon la robustesse) • Changement du banc d’injection automne 2005• Première prise de données scientifiques en 2006
• Effort de R&D pour la prochaine génération en cours
Ondes Gravitationnelles: Une histoire sans fin
The future of gravitational astronomy looks bright. 1972
That the quest ultimately will succeed seems almost assured.The only question is when, and with how much further effort. 1983
[I]nterferometers should detect the first waves in 2001 or several years thereafter (…) 1995
Kip S. Thorne
Km-scale laser interferometers are now coming on-line, and it seems very likely that they will detect mergers of compact
binaries within the next 7 years, and possibly much sooner. 2002
