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Virgo Collaboration: partecipazione allo sviluppo della rete di rivelatori interferometrici di onde gravitazionali G.A.Prodi per il Gruppo Virgo Padova-Trento.

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1 Virgo Collaboration: partecipazione allo sviluppo della rete di rivelatori interferometrici di onde gravitazionali G.A.Prodi per il Gruppo Virgo Padova-Trento Consiglio di Sezione di Padova, 9 Aprile 2009

2 Indice Rivelatori interferometrici Network di rivelatori Attivita’ del gruppo Virgo PD-TN Advanced Virgo Partecipazione alla realizzazione di Advanced Virgo Partecipanti Staff: Prodi 60%, Vedovato 60%, Taffarello 30% Borsisti: V.Re 100%, N.Liguori 50% Dottorando: M. Drago 100% Supporto tecnologi e tecnici TN e PD da definire.

3 VIRGO VIRGO at EGO Site LAPP – Annecy NIKHEF – Amsterdam GPG - Birmingham RMKI - Budapest INFN – Firenze-Urbino INFN – Frascati INFN – Genoa LMA – Lyon INFN – Napoli OCA - Nice LAL – Orsay APC – Paris INFN – Padova-Trento INFN – Perugia INFN – Pisa INFN – Roma 1 INFN – Roma 2 POLGRAV – Warsav V V V Manpower: 100 physicists, 100 technical Overall cost: 76 MEuro INFN-CNRS + 15 MEuro INFN for site preparation

4 G.Prodi, Experimental Workshop, Dipartimento di Fisica, UniTN, 9 maggio Detection Principle Figure: M.Lorenzini LL L L/L < Expected from astronomical sources (audio band) Effect of a sinusoidal gravitational wave going through the slide on the space-time frame and on a circular distribution of free masses

5 G.Prodi, Experimental Workshop, Dipartimento di Fisica, UniTN, 9 maggio Operating Detectors Two detectors fully developed: Resonant Masses Interferometers Figure: S. Reid

6 Controlli attivi mantengono in risonanza ( m rms) allineate (10 -9 rad rms) le cavità Fabry-Perot dei bracci e la cavita’ di power recycling 1 kW 20 kW 7 W Power

7 The noise sources Padova, Marzo, 2009 F. Ricci – La Sapienza – Roma

8 Curva di sensibilità Thermal Shot Seismic

9 Noise Budget 2e-19 m /  Hz

10 Network of interferometers TAMA 600 m 300 m 4 & 2 km 4 km 3 km Agreement between LIGO Scientific Collaboration & Virgo for: common data analysis, joint observations, plan of advanced detectors

11 TAMA 300 AURIGA NAUTILUS EXPLORER GEO600 LIGO VIRGO

12 Virgo VIRGO+ & eLIGO Advanced Network 2014 VIRGO & LIGO 2007 NS-NS NS-BH BH-BH Event Rate 3/yr - 4/day 1/yr - 6/day3/month - 30/day Range (Mpc) z=0.45 Science case for next generation detectors:

13 Reconstruction of wavefront to pinpoint the source measure signal parameters polarization amplitude and waveforms Virgo role in the network False alarm rejection by requirng coherence at distant sites Longer observation time, better sky coverage only detector of comparable sensitivity improve the network the LIGOs are built as parallel as possible: incomplete GW information Virgo is necessary to make astrophysics

14 Attività di ricerca del gruppo Virgo PD-TN  Analisi dati fatto: ricerca di onde gravitazionali transienti nella banda di alta frequenza (2-6 kHz) durante la prima osservazione congiunta LIGO- Virgo (2007) in corso: sviluppo di pipeline di analisi per la ricostruzione del segnale (direzione sorgente, forme d’onda, polarizzazioni)  prossimo: ricerca di segnali transienti su tutta la banda 60 Hz – 6 kHz prossima osservazione congiunta eLIGO Virgo+ ( )  Hardware in corso: R&D dissipazioni meccaniche di campioni di specchi e modellazione numerica. Finanziamento PRIN 2007, contiguo ad attivita’ DUAL R&D.  proposta: realizzazione di sottosistemi per Advanced Virgo. E’ una richiesta della Collaborazione Virgo alla nostra unita’.

15 PD-TN search for GW bursts PD-TN search for short transient grav. waves (<1 s duration) in the 1.3-6kHz band: Virgo and LIGO have similar sensitivities Targetting lower mass astrophysical sources NS instabilities, NS-NS mergers, SN, BH ring-down and BH-BH merger < 8 M SUN H1, H2, L1, V1

16 F. Salemi, 18 December '08 – Maryland LSC/Virgo Meeting High Freq. null result S5Y1, S5Y2/VSR1, Combined SG 1451Hz Q9 SG 5000Hz Q9 No calibration systematics taken into account here PRELIMINARY UPPER LIMITS paper in preparation

17 Reconstruction of GW signal parameters R&D on algorithms to set sky error regions PRELIMINARY Angolo di errore, deg Distribuzione cumulativa

18 R&D dissipazioni di specchi Le prestazioni di Advanced Virgo saranno limitate nella banda di massima sensibilità ( Hz) dal rumore termico dovuto al coating degli specchi L’R&D finanziato PRIN2007 ha come obiettivi : comparazione fra procedure di coating Studio del bonding fra specchio e sospensione. I risultati probabilmente arriveranno piu’ a lungo periodo… Partecipanti italiani: Urbino-FI, PD-TN, PI PG, GE frequency

19 Cryogenic test facility at LNL Risultati sperimentali 3 dischi di silicio sp. 0.3 mm incollati con il metodo del direct bonding Dalle nostre misure preliminari Richieste per Dual R&D dissipazioni meccaniche: Silicio misurato angolo di perdita di wafer silicio rad a 4K prime prove criogeniche su wafers di silicio bondati in corso utilita’ anche per interferometri

20 Prime misure in collaborazione con Glasgow (UK) Jena (D) Dissipazioni meccaniche di coating ottici su Si 100nm SiO 2 on monocrystalline Si Mode IV Mode V Mode VI Per Dual ottico viene richiesto (preliminare) R&D dissipazioni meccaniche: specchi

21 VIRGO ADVANCED CONFIGURAZIONE OTTICA Signal Recycling Cavità non degeneri di ricircolo di potenza Fascio di luce più esteso sugli specchi

22 AdV BASELINE - SUMMARY heavier mirrors (42 kg) high finesse (≈1000) larger beam waist DC detection signal recycling new IP tilt control new payload fused silica suspensions high power SSL (200 W) Padova,. Marzo, 2009 F. Ricci – La Sapienza – Roma

23 AdV Review - November 3rd, Virgo Super Attenuator VIRGO Thermal Noise Measured Upper Limit Passive attenuation

24 Active Controls ITF is operated as a resonant null instrument –FP cavities locked –Recycling cavity locked –Output on the dark fringe Extract GW signal from the correction signals (low freq.) and from residual fringe motion (high freq.) Stringent requirements: rms mirror motion not to exceed m Mirror residual motion (normal modes of the suspension, Earth crust tidal and thermal strain) ~10 -3 m Required dynamic range of the control system: >10 9 Can’t be done in a single step

25 Hierarchical Active Controls on SA during operation Use of local sensors to damp the suspension resonances Use the ITF output as a correction signal: split it in bands, use actuators hierarchically –Inertial Platform : 1 mm   0.1 mm –Marionette: 1 mm   1 nm –Mirror: 1 nm   m

26 ADC DSPDAC Actuators Accelerometers for inertial damping SA: Top Inertial Platform position sensors

27 27 Last stage and Payload Piero Rapagnani 3/11/2008 The role of the Last Stage Suspension is to compensate the residual seismic noise and to steer the optical components maintaining the relative position of the interferometer mirrors.

28 Payload Local Control Sistema di controllo attivo assetto della marionetta e dello specchio (posizione 1e-7m, allineamento 1e-7 rad) rispetto al laboratorio. Implementato da sistema di leve ottiche:

29 29 Payload Local Control Tests on Monolithic Payload Prototype y x z Piero Rapagnani 3/11/2008

30 Contributo PD-TN al Payload Local Control Ad oggi il sistema di leve ottiche viene allineato a mano.  Progettazione e realizzazione del sistema per il controllo remoto dei microposizionatori dei componenti delle leve ottiche: Accoppiare i motori alle slitte Sviluppo della logica di controllo dei motori… Impegno previsto per il servizio elettronico dell’ordine di 6 mesi uomo per il prototipo e 3 mesi uomo per la produzione di tutti gli esemplari. Possibili richieste di supporto al servizio meccanico. Test del prototipo a LNL Inizio lavoro: fine 2009

31 Contributo PD-TN al Super-Attenuatore Rifare il backplane e sistema di controllo dei motori in vuoto per la taratura di caratteristiche meccaniche in vari stadi del Super Attenuatore Impegno previsto per il servizio elettronico dell’ordine di 6 mesi uomo per il prototipo e 3 mesi uomo per la produzione di tutti gli esemplari. Inizio lavoro: fine 2009 Il servizio elettronico di Trento puo’ probabilmente farsi carico di uno di questi contributi.

32 Le informazioni di distribuzione spaziale dell’intensita’ e fase del fronte d’onda del fascio in uscita dall’interferometro sono preziosissime per la diagnostica dell’interferometro. Sviluppo di una Phase Camera B1s ref. beam Un prototipo di tale “phase camera” e’ stato sviluppato, ma ha problemi di riproducibilita’. La riprogettazione e la realizzazione di pochi esemplari di phase camera richiede competenze di elettronica a RF (essenzialmente una demodulazione a 80 MHz). Sto attivamente cercando il supporto di un fisico/ingegnere esperto ed eventualmente uno studente. Probabilmente si tratta di un impegno di qualche mese-uomo.

33 Schema di massima della phase camera


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