Les Interféromètres pour la Détection

des Ondes Gravitationnelles

Cavalier FabienLAL Orsay15 Janvier 2004

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

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

Le Super-Atténuateur

Les Performances

• mouvement des miroirs de l’ordre du micron• vitesse de quelques microns par seconde

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

La Source Laser

Le laser

Le Contrôle-Commande

Le banc d’entrée

Le Contrôle du Mode-Cleaner

La Source Laser

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

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

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

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

• 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 ?

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

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

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

LIGO et Advanced LIGO

LIGO et Advanced LIGO

• Attente Accord NSF• Prévu pour 2007• R&D pour LIGO3 démarre

Ouvrir une autre fenêtre: LISA

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