Rapporto sullo stato di VIRGO Fulvio Ricci Frascati, 2 Ottobre INFN – Firenze-Urbino INFN – Genoa INFN – Napoli INFN – Perugia INFN – Pisa INFN – Roma 1 INFN – Roma 2 INFN – Trento-Padova APC – Paris ESPCI – Paris IPN – Lyon LAL – Orsay LAPP – Annecy OCA – Nice NIKHEF –Amsterdam POLGRAV – Varsaw EOTVOS Inst. – Budapest under negotiation

2 Sommario Dove eravamo arrivati L’incidente del maggio 2008 Dove siamo: stato del rivelatore e planning Computing e Analisi dati Advanced Virgo Attività R&D activity per Advanced Virgo Conclusioni

3 Virgo: dove eravamo arrivati

4 Tipico noise budget a Maggio 2008 Eddy currents Actuation noise Environmental Shot noise

5 L’incidente alla Torre Nord End (NE) – 9 Maggio 2008 Questa finestra implose a 0.12 bar (  P = 0.88 bar), 90 minuti dopo l’inizio dell’evacuazione (la valvola che separa la torre dal tubo di 3 km era chiusa) Un frammento colpisce l’altra finestra Si tratta di finestre commerciali CF 150 In Virgo abbiamo >100 finestre da 150 Queste finestre sono in parte utilizzate per il payload position control e in parte per la calibrazione. La finestra implosa era attraversata dal fascio laser da 1mW per il local control Tempi di rientro d’aria:: a 0.5 bar in 20 sec A 1.0 bar in 100 sec Accelerometri and microphoni sembrano aver rivelato dei segnali “precursori” (cracks) 10’ prima della rottura Altra finestra colpita

6 Danni addizionali Michele Punturo: NE incident descriptio NE mirror Glass baffle NE recoil mass

7 Si forma un gruppo di lavoro Analisi dei dati dei segnali ausiliari (sismometri, accelerometri, microfoni,termometri, sensori di pressione, etc) Ricostruzione della storia delle finestre (specifiche delle case costruttrici, test di laboratorio, casistica di analoghi incidenti …….) Contatti con esperti esterni: (LIGO, CERN, INFN Frascati, SSV Murano, EGO, Virgo) -Analisi della frattura (nessuna evidenza di shock meccanici) - analisi FEM (cruciale per la comprensione del punto debole di progetto) - test idraulico di rottura (fattore di sicurezza scarso, rottura tra 1.5 – 3.5 bar) - studio di metodi di controllo in fase di pre- e post-installazione - ricerca di un nuovo fornitore di finestre con profilo più sicuro (Larson, CA) - Verifica agli elementi finiti del nuovo profilo FEM (sicurezza confermata) Indagine approfondita

8 Analisi della frattura Stazione Sperimentale del Vetro Murano, Venezia Finestra vista dal lato vuoto Origine Semicircolare r=0.7mm → 20 MPa Nessuna evidenza di shock Il perché del cedimento Difetto Iniziale (bollicine nel vetro) + difetto di progetto

9 traction air side Sotto vuoto la brasatura laterale impone uno sforzo meccanico eccessivo Sarebbe opportuno non superare i 10 MPa

10 Test idraulico – Finestra n 72 – rottura < 1.5 bar

11 Finestre della Larson (CA) Spessore del vetro 9.5 mm invece di 6.5 mm Doppia connessione elastica vetro-flangia Nessuna brasatura laterale I (solo frontale) basso sforzo meccanico ) Lato vuoto

Finestra 92 – Larson (CA) sotto test idraulico

13 1. Decisione; tutte le finestre di VIRGO devono essere rimpiazzate 2. Messa in sicurezza dell’interferometro: - nessuna torre, equipaggiata con vecchie finestre, è stata posta sotto vuoto - finestre rimpiazzate da flange cieche e torri evacuate per limitare l’inquinamento - in parallelo è ripresa l‘attività di commissioning e le installazioni dei nuovi sistemi 3. Ordine delle nuove finestre e installazione di quelle a disposizione. La sequenza d’installazione viene definita in funzione del planning di Virgo+: l’obiettivo è avere Virgo operativo alla fine di Ottobre 5. VSR2 resta fissato per metà 2009 Azioni conseguenti Oggi possiamo annunciare che tutte le nuove finestre sono state installate!

14 Realizzato il nuovo specchio NE a LMA-Lyon Caratterizzazione dello specchio –Diffusione –Assorbimento Diffusione media 5.5 ppm Assenza di grandi punti di scattering : Assenza di bolle s Assorbimento medio 0.5 ppm

15 Attività di montaggio Preparazione specchio in camera bianca : spacers, markers, magneti Superficie protetta con un film di policarbonato Ricondizionamento delle superfici della Marionetta. Cablaggio e bilanciamento Cicli termici dei fili di sospensione Assemblaggio in corso ( inizio: 29 Settembre 2008) Sospensione in torre prevista per la settimana prossima

16 Virgo+: nuovo laser e nuovo sistema d’iniezione ( ISYS) Integrazione del nuovo Laser amplifier (fine Maggio 2008 ) Installazione della cavità di Pre Mode-Cleaner (Giugno 2008) - Seed power : 19W  Power on PMC = 60.3W  T PMC =87.7%  P outPMC = 52.9 W. Nuovo specchio terminale del IMC installato. IMC al lavoro a metà Giugno Controllo remoto del power adjustment e fine tuning dei loop gains Verifica degli effetti termici su IMC e sull’isolatore di Faraday (SIB Faraday) Incremento dell’isolamento del SIB Faraday utilizzando una lamina ritardatrice a mezz’onda tra il primo polarizzatore e il cristallo magneto-ottico (ancora due settimane)  Obiettivo: completamento del commissioning di ISYS al 31 Ottobre. Lavoro non previsto : sostituzione del laser chiller

17 Installazione dell’ottica Super-polished Immagine del fascio sullo specchio (prima) Immagine del fascio sullo specchio (nuovo) Laser bench Injection bench

18 1)Recupero della sensibilità di Maggio 2008 Tuning dei loop di controllo Caccia al rumore 2)Configurazione standard con la TCS di VIRGO+ Potenza iniziale a 1 W Aumento a 8 W 3)Piena potenza e alta sensibilità 4) Attività hardware in parallelo: (elettronica, phase camera,..) Obiettivo: VSR2 a metà 2009 in coincidenza con LIGO/S6 I vari passi previsti verso il VSR2 dopo il 31 Ottobre 2008

Analisi dati - Primi risultati osservativi di VIRGO dai dati del C7 - L’analisi del VSR1 è in corso: due esempi -VIRGO Computing: la Virgo Virtual Organization 19

Prime pubblicazioni osservative da dati del C7 - Ricerca d’impulsi in coincidenza con i GRB ( il caso del GRB ): articolo annunciato per il prossimo numero di Class. Quantum Grav. - Limite superiore per impulsi GW: ricerca a tutto cielo ( in corso d’approvazione da parte della collaborazione VIRGO) - Ricerca d’impulsi in coincidenza tra VIRGO e le barre INFN: Class. Quantum Grav. 25 (2008) (20pp)

GRB e dati del C7 di VIRGO Q f 0 UL h SG rss x10 20 Hz Hz

22 Coincidenze tra antenne dell’INFN Virgo / AURIGA / EXPLORER / NAUTILUS Forma del Segnale ipotizzata; u(t) ∝ e -t/t cos(2πf 0 t + ϕ 0 ) 24 ore di dati scambiati

VSR1- Ricerca di Impulsi ad alta frequenza H1, H2, L1, V1 HF  Obietivo : transients di GWs con contenuto spettrale tra kHz NS-NS merger e fase di post-merger, instabilita di NS, … BH-BH mergers con masse di BH < 8 M sun e BH ring-down SuperNovae and core collapses che emettono ad alata frequenza  LSC-Virgo Burst Group ha defnito l’intervallo di frequenze della ricerca Limite inferiore (1.28 kHz) sovrapposto con il superiore della ricerca di LIGO H1- H2-L1 (<2kHz) Limite superiore a 6 kHz posta dalla calibrazione di LIGO Analisi fortemente avanzata grazie allo sforzo del gruppo VIRGO Trento/Padova

done Peakmaps built but their cleaning to be done (removal of instrumental lines) This step goes on the grid L’analisi dovrebbe convergere a metà del 2009 Range 20Hz-1200Hz, minimum spin-down time 20,000yr. VSR1- Ricerca di segnali continui

Sensibilità attesa per la full sky CW search La sensibilità dipende dalla lunghezza delle FFT (~1048 s) e dalla soglia di selezione dei picchi in frequenza.

VIRGO Computing Tier1 CNAF- Bologna ~ 19500kSI2000*day consumati sino ad ora. Ci aspettiamo un incremento brusco per la fine dell’anno (VSR1 analysis ramping up) 108.4TB: occupazione totale su spazio disco 98.6TB used TB spostati su Castor per poter completare il trasferimento di dati di LIGO + Astrowatch da Cascina a Bologna Attualmente su Castor: 23.9TB TB Pisa Accesso concordato a VIRGO alla Grid-farm di Pisa. Uso prevalente: analisi dello stocastico e CW CPU: 100 (20 k€ per pacchetto aggiuntivo di 100 CPU) Numero di processi: 100 Jobs (con tempi tipici di 4 h) Potenza calcolo: 10 GFlops per core RAM: 1 GB per core, Accesso RAM: 1 GBps Storage: 8 TB Serve prioritariamente altro storage dedicato per il processing

Roma - Sapienza VIRGO- Grid farm ( fondi CSN2 + fondi Università Sapienza ) 416 cores + 3TB dischi Grid middleware: glite 3.1 Farm disponibile per qualunque tipo di analisi sotto la VVO Uso massiccio nella fase d’applicazione dello step incoerente per la ricerca a tutto cielo si segnali CW sui dati VSR1- S5 Serve prioritariamente lo storage d’appoggio per il processing Perugia Grid- farm. Uso prevalente CB e sviluppo metadata catalog. Nodi obsoleti. Richiesta di rinnovo anche parziale Trento – Padova. Uso per sviluppo e test su brevi periodi campione della network dell’analisi per la ricerca di impulsi Richiesta per il completamento di una piccola farm di 40 di cores paralleli con 2 GB RAM e uno storage server da 6 TB. Architettura con cestello e lame.

…+ LISA (launch 2015) Long Term Beyond 2013 NS-NS NS-BH BH-BH SNe Event Rate 3/yr - 4/day 1/yr - 6/day 3/month - 30/day 20 Range (Mpc) z= L a rivelazione è altamente probabile!!!

AdV DESIGN AdV Conceptual Design e Preliminary Project Execution Plan presentati al EGO Council nell’autunno 2007 e in CSN2 a Gennaio 2008 Attualmente il progetto è in “fase 2”: “design definition” La struttura dei Subsystem Manager è operativa L’attività è documentata sulla AdV web page (in particolare nella pagina dei biweekly meeting)AdV web page biweekly meeting Rispetto alla baseline definita nel Conceptual Design stiamo studiando due opzioni importanti: –cavità di ricircolo non degeneri –uso di cryotrap per separare il tubo di 3 km dalle torri e consentire il bakeout

CAVITA’ DI RICIRCOLO NON DEGENERI In Virgo e LIGO la cavità di ricircolo è “quasi degenere” (vi possono risuonare anche i modi superiori): difficoltà di trovare una configurazione di lock stabile. Soluzione: allungare la cavità per AdV: impatto importante sul vuoto (link nell’edificio centrale) e sulle sospensioni (vanno rifatti i banchi di INJ e DET e i relativi attenuatori)

CRYOTRAP Per AdV è necessario raggiungere mbar: occorre fare il bakeout del tubo Nella configurazione attuale si può fare il bakeout complessivo (tubo + torri) L’esperienza del commissioning ha dimostrato che le torri devono essere aperte spesso E’ opportuno quindi separare il tubo dalle torri inserendo cryotrap

SPECCHI Il piano di produzione degli specchi è stato definito: se i primi ordini vengono fatti a luglio 2009 l’ultimo specchio viene consegnato a Marzo 2012 La costruzione di AdV deve essere terminata a fine 2012 per tenere il passo di Advanced LIGO

ORGANIZZAZIONE Advanced Virgo Coordinator (G.Losurdo) Subsystem managers: OSD(Optical Simulation and Design)A. Freise(B’ham Univ.) ISC(Interf. Sensing and Control)F.Bondu(OCA Nice) LAS(Laser)N. Man(OCA Nice) INJ(Injection system)E. Genin(EGO) DET(Detection system)E. Tournefier(LAPP Annecy) MIR(Mirrors)L. Pinard(LMA Lyon) TCS(Thermal Comp. System)V. Fafone(INFN Rome 2) SAT(Superattenuators)R. Passaquieti(INFN Pisa) PAY(Payload)P. Rapagnani(INFN Rome) DAQ(Data Acq. and Electronics)R. De Rosa(INFN Naples) VAC(Vacuum)A. Pasqualetti(EGO) IME(Infrastructures)A. Paoli (EGO)

VERSO L’APPROVAZIONE (?) L’EGO Council ha nominato un panel internazionale per sottoporre il progetto ad una Project Review in due fasi: –1° meeting: 3-5 Nov 08 –2° meeting: in primavera Membri del Panel –B. Barish – Chair, ex LIGO Director –H. Lueck – STAC chairman –P. Dargent – CNRS, IN2P3 Technical Director –C. Salomon – CNRS, membro dello STAC –G.Tino – INFN, Virgo referee –G.Cantatore – INFN, Virgo referee Compito del Panel - riferire al Council su: –technical readiness –“realismo” del piano dei costi

Stato delle attività di R&D per AdVIRGO 35 Attualmente sono in corso e/o sono previste specifiche attività di R&D. Alcune sono iniziate grazie ai fondi di EGO. Altre sono ferme a causa dei tagli di bilancio. Nel seguito riporto alcuni esempi.

R&D VIRGO++/ VIRGO AdVanced Le sospensioni monolitiche (EGO financial support) Gruppo di lavoro Firenze – Perugia – Roma1 Ingegnerizzazione concepita: test di robustezza superato Prossimo step significativo : primo payload completo 36 La squadra italiana di fisici e tecnici accanto al sistema sospeso con le fibre

R&D AdVIRGO (not supported) Studi sulla caratterizzazione del coating degli specchi per AdV: Firenze, Genova, Perugia, Pisa e Trento/Padova. Obiettivo: studiare i meccanismi di dissipazione specifici del coating che limitano le prestazioni degli specchi, mediante l'analisi delle proprietà fisiche e chimiche con una varietà di approcci sufficiente a modellizzare i fenomeni e suggerire “cure” 37 Roughness [nm] counts 30  m Roughness distribution analysis counts Roughness [nm] 30  m Roughness distribution analysis Annealing in vacuum: annealing pointRaise the oven temperature to the annealing point (1120°C for Suprasil) strain temperatureCool down to the strain temperature (1025°C) with a rate of 10 degrees per hour Turn off the oven and wait for cool down in 24 hours Annealing in vacuum: annealing pointRaise the oven temperature to the annealing point (1120°C for Suprasil) strain temperatureCool down to the strain temperature (1025°C) with a rate of 10 degrees per hour Turn off the oven and wait for cool down in 24 hours

38 Thermo Compensation System per Adv Virgo Red dots: shielded heating ring Green rays: CO 2 heating beams Blue rays: sensing beams Compensation plates will correct thermal effects in the SRC Shielded heating rings will compensate HR surface deformations Hartmann sensors will be used to monitor TM and CP phase profile In the case of Advanced Virgo, The positioning of CPs in the PRC is a delicate issue due to its strong impact with the suspension systems and it will have to be investigated in collaboration with the other involved Subsystems Attualmente solo attività di simulazione su questo schema e su altri alternativi (cryo) R&D deve partire al più presto EGO ha promesso un parziale supporto. LIGO proposal

39 Conclusioni Abbiamo lavorato duramente e…… L’incidente è una storia chiusa Virgo+ è prossimo ad essere realtà: la luce sarà iniettata ben presto nell’interferometro e ripartirà il commissioning. Siamo in corsa per il VSR2 – LIGO/S6 Analisi dati: –primi risultati pubblicati, –attività LSC-Virgo in fase d’integrazione progressiva in tutti i gruppi di Fisica, con l’obiettivo dell’analisi congiunta VSR1-LIGO/S5 Grande sforzo in corso per Advanced Virgo Di cosa abbiamo bisogno? Serve il supporto della CSN2 per le missioni interne per concludere il 2008!

40 Michele Punturo: NE incident description Le finestre rotte Vista dall’nerno Vista dall’esterno first failing secondary

41 Il centro di raccolta e distribuzione dei dati GW di LSC a Hannover: ATLAS Storage Compute nodes (non-redundant): 1342 · 450 GB = 604 TB Storage servers (RAID): 31 · (16-2) · 750 GB = 325 TB Sun Fire X4500 (RAID + ZFS): 13 · 17.5 TB = 227 TB Network connectivity Right now 1 Gb/s. We have observed up to 80 MB/s average sustained transfer rates. Note that this is 80% of the available bandwidth (about 800 Mb/s). L’archivio dei coworkers/competitor: un esempio