L’Expérience VIRGO Cavalier Fabien Séminaire à deux voix

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1 L’Expérience VIRGO Cavalier Fabien Séminaire à deux voix
LAL Orsay Séminaire à deux voix au Commissariat à l’Energie Atomique, 21 Juin 2005

2 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 Weber 1972 Faisabilité de l’ITF (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 La Détection Interférométrique
Miroir de fond Expérience Table: hMin  Hz-1/2 Miroir Recyclage Miroir d’entrée Fabry-Perot 2 Fabry-Perot 1 Virgo : hMin  Hz-1/2 Laser Beam-Splitter Miroir de fond Photodiode

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

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6 L’enceinte à vide Fluctuations de pression : Tube: Lumière Diffusée :
P < 10-7 mbar (H2) P < pour les hydrocarbures Tube: 1,2 m de diamètre 6 km de long V  6000 m3 Lumière Diffusée : pièges à lumière déflecteurs

7 L’enceinte à vide

8 Le bruit sismique Mesure : Principe de l’isolation :
h sismique ( n )  n Hz-1/2 Principe de l’isolation : chaîne de pendules avec dissipation interne chaque pendule se comporte comme un filtre passe-bas : H( n ) = ( n0 / n ) pour n > n0

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

10 Le bruit thermique Chaque fil de suspension ou miroir se comporte
comme un oscillateur excité par l’agitation thermique Caractérisé par w0 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

11 Les miroirs Réflectivités définies à mieux que 0,01 %
Réflectivités miroirs d’extrémités > Pertes (absorption, diffusion) de l’ordre de quelques ppm Rayon de courbure élevé (3400 m) et défini à 3 % près Surface définie à l/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

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 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

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 Bras Nord Locking au premier essai Premier lock ~ 1 heure
bruit de fréquence et bruit d’alignement Puissance Transmise Réduction Bruit de fréquence

18 Interféromètre Recombiné
B8_demod stratégie “3 étapes” Bras Ouest Bras Nord B7_demod B5 B2 B1

19 Interféromètre Recombiné
Michelson locké North locké Ouest locké DC signal d’erreur Correction

20 Interféromètre Recyclé
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 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

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

22 Les différentes sensibilités

23 Les autres ITF GEO VIRGO LIGO TAMA AIGO 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

24 Sensibilités LIGO

25 Sensibilités LIGO: Dernières Nouvelles

26 Changement du banc d’injection automne 2005
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

27 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