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Cavalier Fabien LAL Orsay Séminaire à deux voix au Commissariat à lEnergie Atomique, 21 Juin 2005 LExpérience VIRGO.

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1 Cavalier Fabien LAL Orsay Séminaire à deux voix au Commissariat à lEnergie Atomique, 21 Juin 2005 LExpérience VIRGO

2 Rappel Historique 1960 Premier détecteur(Weber) 1963 Idée dun détecteur ITF(Gersenshtein&Pustovoit, Weber) 1969 Première fausse alarme (Weber) 197X Age dor des détecteurs type Weber 1972 Faisabilité de lITF (Weiss) et premier prototype (Forward) 1974 PSR (Hulse&Taylor) Fin 70s Barres à 4 K, prototypes ITF(Glasgow, Garching, Caltech) 1980 Premières activités in France 1986 Naissance de la collaboration VIRGO (France+Italie) 1989 proposal VIRGO, proposal LIGO (USA) 1992 VIRGO FCD Approbation Française. LIGO approuvé 1993 VIRGO approuvé en Italie 1996 Début Construction VIRGO et LIGO VIRGO CITF. LIGO : engineering runs 2005 LIGO presque à sa sensibilité 200X VIRGO à sa sensibilité

3 Miroir Recyclage La Détection Interférométrique Laser Photodiode Miroir de fond Beam-Splitter Miroir dentrée Fabry-Perot 2 Fabry-Perot 1 Expérience Table: h Min Hz -1/2 Virgo : h Min Hz -1/2

4 Les Laboratoires LAL Orsay : Vide Banc dentrée Contrôle Global Simulation LAPP Annecy : Banc de détection Électronique Tour Acquisition Simulation Observatoire de Nice : Laser Banc dentrée 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

5

6 Lenceinte à vide Fluctuations de pression : P < mbar (H 2 ) P < pour les hydrocarbures Tube: 1,2 m de diamètre 6 km de long V 6000 m 3 Lumière Diffusée : pièges à lumière déflecteurs

7 Lenceinte à vide

8 Le bruit sismique Mesure : h sismique ( ) Hz -1/2 Principe de lisolation : chaîne de pendules avec dissipation interne chaque pendule se comporte comme un filtre passe-bas : H( ) = ( 0 / ) 2 pour > 0

9 Les Performances mouvement des miroirs de lordre du micron vitesse de quelques microns par seconde Le Super-Atténuateur

10 Le bruit thermique Chaque fil de suspension ou miroir se comporte comme un oscillateur excité par lagitation thermique Caractérisé par 0 et Q facteur de qualité Mesures de Q : silice : 10 6 fils dacier : 10 4 – 10 5 pendule : 10 7 Facteur limitant entre 3 et 500 Hz Miroir de 30 kg (bruit quand M ) Recherche de nouveaux matériaux (saphir) Suspensions monolithiques

11 Les miroirs Réflectivités définies à mieux que 0,01 % Réflectivités miroirs dextrémités > Pertes (absorption, diffusion) de lordre 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 lIPN de Lyon Métrologie faite à lESPCI Solution : miroirs en silice (SiO 2 ) = 35 cm et h = 10 ou 20 cm

12 La Sensibilité de Virgo Si tous les bruits technologiques sont contrôlés

13 Virgo et le CITF

14 Le CITF (Central area InTerFerometer) Partie Centrale (pas de bras kilométrique) Juin Juillet Tests et validation : super atténuateurs électronique et software data acquisition output mode cleaner optique dinjection Résultat Principal: apprendre à contrôler un ITF suspendu avec des systèmes digitaux

15 CITF Engineering runs : résultats Bruit Alignement Bruit Fréquence

16 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)

17 Locking au premier essai Premier lock ~ 1 heure bruit de fréquence et bruit dalignement Puissance Transmise Réduction Bruit de fréquence Bras Nord

18 Interféromètre Recombiné B7_demod B8_demod Bras Nord Bras Ouest B5B5 B1B1B2B2 stratégie 3 étapes

19 North lockéOuest locké DC signal derreur Correction Michelson locké Interféromètre Recombiné

20 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 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 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 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 jusquà 8% Passage du DC au signal derreur

21 Interféromètre Recyclé Puissance Cavité RecyclagePuissance dans les bras Puissance Bandes Latérales

22 Les différentes sensibilités

23 GEO TAMA 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 LAstronomie Gravitationnelle a besoin de 3 ITFs LIGO

24 Sensibilités LIGO

25 Sensibilités LIGO: Dernières Nouvelles

26 Conclusions Beaucoup dexpérience 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 dinjection automne 2005 Première prise de données scientifiques en 2006 Effort de R&D pour la prochaine génération en cours

27 Ondes Gravitationnelles: Une histoire sans fin The future of gravitational astronomy looks bright That the quest ultimately will succeed seems almost assured. The only question is when, and with how much further effort [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


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