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Les Interféromètres pour la Détection
des Ondes Gravitationnelles
Cavalier FabienLAL Orsay15 Janvier 2004
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Laser
Miroir de fond M22
Miroir de fond M12
Lame Séparatrice Mbs
Expérience de table : hMin 10-17 Hz-1/2
Photodiode
Miroir de Recyclage Mrc
Miroir d’entrée M11
Miroir d’entrée M21
Fabry-Perot 2
Fabry-Perot 1
Virgo : hMin 10-23 Hz-1/2
La Détection Interférométrique
PLhMin 11
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Les Laboratoires• LAL Orsay :
• Vide(Tube + Contrôle)• Contrôle Laser• Contrôle Banc d’entrée• Contrôle Global• Simulation• Outils software généraux• Réseaux
• 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 (Tube + Opérations)• Infrastructure
• INFN Florence : • Super-atténuateur• Simulation
• INFN Naples :• Acquisition• Monitoring environnement
• INFN Pérouse : Fils de suspension• INFN Frascati : Alignement• Univ. Rome :
• Contrôles locaux• Marionnette
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Le Super-Atténuateur
Les Performances
• mouvement des miroirs de l’ordre du micron• vitesse de quelques microns par seconde
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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
• Contrôle Commande
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La Source Laser
Le laser
Le Contrôle-Commande
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Le banc d’entrée
Le Contrôle du Mode-Cleaner
La Source Laser
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Le Contrôle Global
• Fabry-Perot résonants : L < 5 10-10 m• Cavité de Recyclage résonante : lR < 2.5 10-10 m• Frange noire (couplage avec bruit de puissance du laser): lDF < 10-10 m
• Alignement Miroirs Extrémités : 3 10-9 rad• Alignement Miroirs Entrées : 2 10-8 rad• Alignement Miroir Recyclage : 10-7 rad
• Système Digital synchronisé à 10 kHz• Production des cartes électroniques• Réalisation du software• Programme de simulation de l’interféromètre
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L’Analyse des Données
• Recherche de source impulsionnelles (durée < 1s, forme mal connues)• Supernovae• Désexcitation de trous noirs• Phase de fusion des coalescences• Instabilité des étoiles à neutrons• …
• Batterie de filtres robustes et rapides• Filtrage adapté pour la désexcitation des trous noirs
• Étude des bruits du détecteur
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L’Analyse des Données
• Avec un réseau d’interféromètres• analyse en coïncidence• analyse cohérente
• Avec d’autres détecteurs• : possibilité de contraindre la masse des temps d’arrivée pour abaisser les seuils• GRB: temps d’arrivée pour abaisser les seuils et autres contraintes à étudier• Optique: surtout pour la position de la source
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Frequency(Hz)
Dis
plac
emen
t sen
siti
vity
(m
/H
z)E0 (September 2001)
E1
E2
E3E4 (July 2002)
Virgo
E4 Shot noise
CITF design s. noise
Commissioning CITF : Sept 01 – July 02
5 runs techniques durant cette période
Bruit Alignement
Bruit de Fréquence du Laser
Bruit Fréquence+
Excitation InterneMiroir–Support
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• Premier Lock 28 Octobre • Lock acquis au premier essai• Facilement reproductible• Stable pendant plusieurs heures
Lock de la Cavité Nord
Shot noise
Electronic noise (ADC)
Frequency noise
Control noise ?
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Le Futur des Interféromètres Terrestres
• Lutter Contre le Bruit Thermique• Amélioration des qualités des matériaux
• fil en silice fondue• saphir• silicium
• Cryogénie• suspension froide• contrôle actif
• Changer la configuration optique• Recyclage du Signal• Interférométrie réfractive
• QND
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Le Recyclage du Signal
• Prototype de 40 m à Caltech• Simulations optique et du contrôle• Participation au travail expérimental
Miroir de recyclage de puissance
Miroir de recyclage du signal (MSR)
Cavités kilométriques
LASER
Sensibilité
Sans Recyclage Signal
Avec Recyclage Signal
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Organisation R&D en Europe
• ApPEC: coordination européenne entre les différents instituts • EGO:
• Budget donné par CNRS et INFN. • Finance des projets de R&D liés aux ondes gravitationnelles
• Commission Européenne-FP6: projet EURO (interféromètre 3eme génération) regroupant pour l’instant Allemagne, France, Italie, Pays-Bas et Royaume-Uni
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LIGO et Advanced LIGO
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LIGO et Advanced LIGO
• Attente Accord NSF• Prévu pour 2007• R&D pour LIGO3 démarre
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Ouvrir une autre fenêtre: LISA
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Conclusions
• Virgo en cours de commissioning• premier contrôles des cavités kilométriques• ITF sans recyclage dans les semaines à venir• premier run scientifique début 2005
• LAL fortement impliqué dans la construction, le commissioning et l’analyse des données
• Implication dans la R&D moyen terme (Recyclage Signal)
• Discussion 3eme génération en cours
• LISA: possibilité d’ouvrir une nouvelle gamme de fréquences