Linea di ricerca sulle Onde Gravitazionali Stato e Prospettive

Presentazione sul tema: "Linea di ricerca sulle Onde Gravitazionali Stato e Prospettive"— Transcript della presentazione:

1 Linea di ricerca sulle Onde Gravitazionali Stato e Prospettive
S.Braccini – INFN Pisa

2 t = 0 t = T /4 t = T/2 t = 3T /4 t = T L ~ 103 m DL ~ 10-18 m
L-DL L+DL t = 0 t = T /4 t = T/2 t = 3T /4 t = T L ~ 103 m DL ~ m h ~ 10-21 Mpc)

3 1) VIRGO ed i Rivelatori Interferometrici Terrestri
2) LISA e l’interforemetria spaziale 3) I Rivelatori Risonanti

4 VIRGO FRANCE - CNRS ESPCI – Paris IPN – Lyon LAL – Orsay LAPP – Annecy
OCA - Nice ITALY - INFN Firenze-Urbino Frascati Napoli Perugia Pisa Roma VIRGO

5 t = 0 t = T /4 t = T/2 t = 3T /4 t = T L ~ 103 m DL ~ 10-18 m
L-DL L+DL t = 0 t = T /4 t = T/2 t = 3T /4 t = T L ~ 103 m DL ~ m h ~ 10-21 Mpc)

6 Ground-based Interferometers
Isolamento Sismico Basse Dissipazioni Fabry-Perot Recycling photodiode Vuoto Spinto

7 Interferometri nel mondo
3 km TAMA 600 m 4 & 2 km 300 m AIGO 4 km

8 LIGO Commissioning May 01 Aug 04 More than 3 years…

9 C1 North Arm (2/04) C2 NA Aut. Alig. -WA Loc. Alig. C3 NA Aut. Alig
C1 North Arm (2/04) C2 NA Aut. Alig.-WA Loc. Alig C3 NA Aut. Alig.- Laser Stab. NA C3 NA-WA Recomb. (4/04) C4 Recomb. No AA (6/04) C5 Recycl. No AA (12/04) Virgo Scientific Run: 2005

10 Gli interferometri nel 2006
Seismic wall Higher finesse Fused silica susp. Network sensitivity Gli interferometri nel 2006

11 VIRGO Upgradings Thermal Seismic Shot
New materials Cryogenic interferometers High power laser Better optics QND techniques

12 Advanced VIRGO (2008-2009) Temperatura Ambiente
Sospensioni Monolitiche Laser da 20 W a 100 W Control Noise Reduction Temperatura Ambiente

13 Advanced Interferometers
Advanced LIGO (2009+) Initial LIGO Advanced Interferometers Open up wider band ~ 15 in h ~3000 in rate Higher power laser (10 W180 W) New seismic isolation system (active) Fused silica suspension wires 40 kg sapphire mirrors Signal recycling

14 NS/NS rivelabile a 300 Mpc Advanced LIGO range
VIRGO/LIGO range NS/NS rivelabile a 300 Mpc Advanced LIGO range

15 Per i prossimi 3 anni si prevede un profilo finanziario stabile
VIRGO in CSNII INFN MANPOWER Fi-Urb. 7.6 (10) LNF 0.9 (2) Napoli (16) Perugia 6.0 (9) Pisa (26) Roma (10) 2005: 53.3 (73) VIRGO R&D Calcolo Totale Inviluppo 1999 = 74 2000 299 373 2001 221 71 292 665 2002 1108 252 49 1409.5 2074.5 2003 557 498 1055.0 3129.5 2004 404 391 15.5 810.5 3940.0 2004: 58.9 (86) 2003: 62.6 (91) Nel 2005 assegnati fino ad ora 664 su 1114 richiesti Per i prossimi 3 anni si prevede un profilo finanziario stabile ( kЄ/yr)

16 Interferometro con braccia di
LISA Interferometro con braccia di 5 Milioni di km (2013) ITALY - INFN Firenze-Urbino Napoli Perugia Roma 2 Trento

17 1) Spostamenti “grandi”
rispetto ai 10-6 pm da rivelare a terra

18 2) Complementare agli Esperimenti Terrestri
Advanced resonant

19 3) Potenzialità di Rivelazione
Galactic Binaries: SNR up to 500 in 1 year Massive black hole binaries from merging galaxies cores SNR up to 2000 in one year at z 1 – 3 Angular resolution few’-few°

20 LISA PATH FINDER (Lancio 2008)

21 CAPACITIVE POSITION SENSOR

22

23 10-15 10-14 10-13 10-12 Torsion pendulum LISA PF LISA

24 LISA in CSNII Crescita della collaborazione italiana a fianco del
gruppo di Trento (Fi-Urbino, Pg, RM2, LNGS, Na) Optical Sensors 2005 MANPOWER Fi-Urb (6) Napoli 1.6 (3) Perugia 2.5 (5) Roma (9) Trento 8 (12) 2005: 19.4 (35) Advanced Facility INSIDE LNGS !!! INFN impegnato per LISA-PF: Sigla LISA ? 2004: 19.8 (42) 2003: 18.3 (40) Accordo ASI-INFN: kЄ distribuito su 3 anni

25 Rivelatori Risonanti M di alcune tons L di alcuni metri

26 Bar Network

27 Estremamente competitivi per la ricerca
Sensitivity to short (1 ms) bursts detector sensitivity bandwidth hc Sphere 2m Hz-1/ Hz LIGO design sens. 10-22 Hz-1/ Hz Estremamente competitivi per la ricerca di short burst 8

28 Costi ridotti ed apparati più gestibili
Sensitivity to short (1 ms) bursts detector sensitivity bandwidth hc Sphere 2m Hz-1/ Hz LIGO design sens. 10-22 Hz-1/ Hz Costi ridotti ed apparati più gestibili 8

29 AURIGA 2nd run @ 4K INFN Ferrara Firenze-Urbino LNL Padova Trento
new mechanical suspensions attenuation > 360 dB at 1 kHz new capacitive transducer two-modes (1 mechanical + 1 electrical) new amplifier double stage SQUID new data analysis: C++ object oriented code 2nd 4K

30 AURIGA 100 Hz 5 x 10-21

31 hmin≈ 3 x10-19 Stationary Gaussian behaviour
Residual spurious lines activity due to environmental noise in working hours

32 NOW BEFORE

33

34 EXPLORER (CERN) NAUTILUS (LNF)
INFN Genova LNF Roma 1 Roma 2 L’Aquila EXPLORER (CERN) NAUTILUS (LNF)

35 EXPLORER NAUTILUS 2.8·10-19 4.9 ·10-19 Duty Cycle 2004 = 75%
= 85% Duty Cycle 2004 = 90% = 93%

36 Stationary Gaussian behaviour
12 hours of data (Sept 4th, 2004) EXPLORER NAUTILUS Stationary Gaussian behaviour

37 80% of time the sensitivity to short gw bursts better than h=2.1*10-19
Liquid Helium Refillings June 2004 Tnoise (K) 3 mK 80% of time the sensitivity to short gw bursts better than h=2.1*10-19

38 Scenario 2006 per i 3 rivelatori Hz

39 IGEC 2001  Fino ad oggi il limite più stringente sui burst rates
IGEC 2  Primi risultati nel 2005 Upper limit in strain compared to earlier (cryogenic bar) results: IGEC 2001 combined bar upper limit: < 2 events per day having h=1x10-20 per Hz of burst bandwidth. For a 1kHz bandwidth, limit is < 2 events/day at h=1x10-17 Astone et al. (2002), report a 2.2 s excess of one event per day at strain level of h ~ 2x10-18 LIGO S1 Excluded 90% confidence h IGEC 1

40 Stato attuale rivelatori INFN
3 x 10-23 INTERFEROMETRI 3 x 10-22 BARRE

41 Dopo IGEC2 è quindi necessario guardare in avanti
SFERE DUAL

42 2 Nested Resonant Masses
DUAL 2 Nested Resonant Masses Differential deformation between the lowest quadrupolar modes Gw signals add Back action noises subtract Sensitive in a kHz-wide freq band !!!

43 DUAL: A wideband high frequency detector
Mo Dual ton height 2.3 m Ø 0.94 m SiC Dual ton height 3 m Ø m

44 DUAL R&D PLAN 200-220 kЄ/yr per 3 anni 1) Readout system
Current AURIGA DUAL specifications Mechanical amplification Resonant Not resonant 15 x 100 Hz BW x 4 kHz BW Displacement sensitivity x m x10-22 (100x) and wide sensing area 2) Test mass material High cross section Al Mo, SiC, Sapph. (50 x) 3) Detector design Seismic noise control External passive Embedded active kЄ/yr per 3 anni

45 RIVELATORI A SFERA 1) Sezioni d’urto grandi
2) Rivelatori Omni-Direzionali 3) Misurano tutti i parametri dell’onda 150 mK : 6x10^-22 Studio della geometria più efficiente in termine di sensibilità e costi (ROG-Leiden) Indicativamente kЄ su 3-4 anni

46 Si può iniziare in un futuro prossimo .…
150 mK : 6x10^-22 Si può iniziare in un futuro prossimo .…

47 MiniGRAIL sensitivity (ROG-Leiden)
Design sensitivity large interferometers LIGO S3 GEO NAUTILUS EXPLORER AURIGA MiniGRAIL run 6 (2004) run 7 (2005) MiniGRAIL sensitivity (ROG-Leiden) 150 mK : 6x10^-22

48 Expected sensitivity of a 2 m diameter spherical detector

49 RAP-RD: Rivelazione Termo-Acustica di Particelle presso la DAFNE Beam Test Facility (BTF)
RAP Collaboration: S. Bertolucci, E. Coccia, S. D'Antonio, A. de Waard, G. Delle Monache, D. Di Gioacchino, V. Fafone, G. Frossati, C. Ligi, A. Marini, G. Mazzitelli, I. Modena, G. Modestino, G. Pizzella, L.Quintieri, F. Ronga, P. Tripodi, P. Valente

50 Motivazione Scopo della Misura
Rate di raggi cosmici di alta energia rivelati da NAUTILUS in regime superconduttore (T≤1K) superiore a quello rivelato in regime di non superconduttivita’ Scopo della Misura Misurare l’ampiezza oscillazione di una piccola barra sospesa investita dagli elettroni prodotti dalla BTF…… Al5056

51 Ampiezza Sperimentale (10-16 m units)
Misure sul fascio nell’ intervallo di Temperatura 4<T<300 K Ampiezza Sperimentale (10-16 m units) Ampiezza Teorica PRELIMINARE Buon accordo con la teoria !

52 Pianificazione futura
2005 – Refrigeratore a diluizione e prime misure T< 1 K (pronta una barra di Niobio per lavorare a T~4K) 2006 – Completamento misure ed analisi dei dati Impatto su DUAL & Sfere !!

53 BARS in CSNII Profilo stabile (330-380 kЄ/yr)
AURIGA MANPOWER Ferrara 1.8 (2) Fi-Urb 1.3 (3) LNL 0.8 (1) Padova 3.2 (6) Trento 6 (9) 2005: 13.1 su 20 ROG MANPOWER Genova 3.7 (8) LNF 5.8 (9) Roma1 4 (8) Roma2 6 (7) L’Aquila 3.5 (9) 2005: 20.1 su 41 2004: 22.6 su 36 2003: 22.6 su 33 Profilo stabile ( kЄ/yr) 2004: 12.7 su 24 2003: 14.3 su 26

54 (11-13% del bilancio CSNII)
Conclusions Scientific Run nel (sforzo sul sito) Finanziamenti R&D mirati per l’Advanced Definire la strategia per passare da LISA-PF a LISA Dopo IGEC 2……. Sfera e Dual Quadro Finanziario Stabile 2.1 – 2.3 MЄ / yr (11-13% del bilancio CSNII)