Development of a periodically-free-falling laser interferometric gravitational-wave detector

周期性自由落体激光干涉引力波探测器的研制

• 批准号: 21K18626
• 负责人: 川村 静児
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18626/
• 关键词: 重力波; レーザー干渉計; 周期的無重力; 一般相対性理論; ブラックホール; ブラックホール連星; 一般相対性理論の検証

本研究の目的は、干渉計の鏡を周期的に自由落下させ、地面振動雑音と懸架の熱雑音を取り除き、1～10Hzの低周波帯において感度を飛躍的に高める、いわゆるジャグリング干渉計型重力波検出器を開発することである。これにより、例えば、ブラックホール連星の合体前後に発生する重力波の低周波帯での精密な観測を行うことにより、強重力場における一般相対性理論の検証も可能となる。今年度は、理論面においては、鏡が無重力状態になっている各セグメントのデータから初期位置と初期速度のランダム性を差し引く、いわゆるdetrendの手法によって、ジャグリング周波数より低い周波数で、重力波信号と雑音の関係がどのように変化するかについての詳細な検討を行った。また、周囲の物体の自然な動きが引き起こす鏡の位置での重力場の揺らぎと、ジャグリング周波数で上下運動する鏡の重力場変化とのコンボルーションの効果についても検討を行った。実験面においては、着座させた鏡の入った真空容器をリニアステージによって上下に振動させ、鏡が実際に無重力状態になることを確認した。ただし、リニアステージの動きの精度が悪いため、鏡の毎回の投げ上げによって鏡の角度が大きく変化し、マイケルソン干渉計としての動作が保持できないことが判明した。そこで、投げ上げ方式でなく頂点からの自然落下方式に切り替えた。これにより、無重力状態での鏡の動きはかなり小さくなり、干渉計のコントラストを維持できる状態までかなり近づけることができた。また、レーザー光の光ファイバーからの出射部は上下運動をする真空容器に固定されているが、そこの部分の振動により、レーザービームの角度揺れが生じることが判明した。また、リニアモーターの上下運動により、真空容器全体の揺らぎも問題となることが分かった。

这项研究的目的是让干涉仪的镜子周期性地自由落体，以消除地面振动噪声和悬架热噪声，并显着提高1至10 Hz低频段的灵敏度，目标是开发一种检波器。 。这将使在强引力场中验证广义相对论成为可能，例如，通过对双黑洞合并前后发生的引力波低频段进行精确观测。从理论上讲，本财年，我们将采用所谓的去趋势法，即从镜子处于失重状态的各段数据中减去初始位置和初始速度的随机性，来生成引力波信号我们对噪声之间的关系如何变化进行了详细研究。我们还研究了周围物体自然运动引起的镜子位置引力场波动与以杂耍频率上下移动的镜子引力场变化之间的卷积效应。在实验方面，使用线性平台使装有镜子的真空容器上下振动，并证实镜子实际上变得失重。然而，由于线性平台运动的精度较差，每次抛起镜子时镜子的角度都会发生显着变化，从而无法维持其作为迈克尔逊干涉仪的运行。因此，我们改用从顶部自然落下的方法，而不是抛掷方法。结果，镜子在零重力下的运动大大减少，使干涉仪能够保持其对比度。另外，从光纤射出激光束的部分被固定在上下移动的真空容器上，发现该部分的振动导致激光束的角度变动。人们还发现，直线电机的垂直运动导致整个真空容器的波动成为一个问题。

项目成果

重力波検出のためのジャグリング干渉計の開発(6)

引力波探测杂耍干涉仪的研制（6）

• 发表时间: 2023
• 作者: 岩口翔輝;Wu Bin;清水龍真;梅村来未;石川智浩;川﨑祐輝;辻健志;西村良太;道村唯太;横山修一郎;川村静児
• 通讯作者: 川村静児

重力波検出のためのジャグリング干渉計の開発(3)

引力波探测杂耍干涉仪的研制（3）

• 发表时间: 2022
• 作者: 梅村来未;Wu Bin;清水龍真;石川智浩;岩口翔輝;川崎祐輝;辻健志;西村良太;道村唯太;横山修一郎;川村静児
• 通讯作者: 川村静児

Juggled interferometer for gravitational wave detection

用于引力波探测的杂耍干涉仪

• 发表时间: 2022
• 作者: Bin Wu;T.Ishikawa;S.Iwaguchi;R.Shimizu; Y.Kawasaki;Y.Michimura; S.Yokoyama;R.Nishimura;S.Kawamura
• 通讯作者: S.Kawamura

Juggled interferometer for gravitational wave detection (1)

用于引力波探测的杂耍干涉仪 (1)

• 发表时间: 2021
• 作者: Bin Wu;Tomohiro Ishikawa;Shoki Iwaguchi;Izumi Watanabe;Yuki Kawasaki;Ryuma Shimizu;Yuta Michimura ;Shuichiro Yokoyama;Seiji Kawamura
• 通讯作者: Seiji Kawamura

Conceptual design and science cases of a juggled interferometer for gravitational wave detection

• DOI: 10.1103/physrevd.106.042007
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: Bin Wu;Tomohiro Ishikawa;S. Iwaguchi;Ryuma Shimizu;Izumi Watanabe;Yuki Kawasaki;Y. Michimura