Padova, 16 Settembre 2011

http://gwic.ligo.org/index.shtml

ROG Collaboration 2012 www.lnf.infn.it/esperimenti/rog LNF: Giordano Marini Pizzella Ronga ROMA: Astone Bonifazi Pallottino Frasca ROMA Tor Vergata: Bassan Coccia D’Antonio Fafone Minenkov Modena Moleti Rocchi Visco ROG Collaboration 2012 www.lnf.infn.it/esperimenti/rog

Stato del decommissioning di Explorer Stato di Nautilus AuNa - Richieste finanziarie

EXPLORER Smantellamento in corso Sito finale: EGO Trasporto entro l’anno Necessari ulteriori 4.5 kEuro di ME nel 2011

NAUTILUS LNF - FRASCATI Bar Al 5056 M = 2270 kg L = 2.91 m Ø = 0.6 m nA=935Hz @ T = 3 K Cosmic ray detector

09 10 98 Results published on CQG or PRD 09 10

NAUTILUS 2011 NAUTILUS ha raccolto dati in modo continuativo come da molti anni a questa parte. Il duty cycle è limitato essenzialmente dalle operazioni di manutenzione criogenica e supera il 90%. I dati hanno qualità costante e non sono influenzati dalle normali attività naturali e umane. Dal 2009 miglioramento della sensibilità di NAUTILUS di un fattore 3 (riduzione rumore elettronico): sensibilita’ da ~ 2 mKelvin a ~ 0.7 mKelvin

EXPERIMENTAL CONFIGURATION Li Capacitive transducer Al 5056 mt = 0.75 kg t= 916 Hz Ct = 11 nF E = 5 MV/m Superconducting Low-dissipation Transformer Lo=2.86 H Li=0.8H K=0.8 dc-SQUID Ms = 10 nH n= 3 ·10-6 o/Hz

Peak sensitivity displacement strain

Liquid Helium Refillings NAUTILUS Duty Cycle  95 % Liquid Helium Refillings The green areas show the cryogenic operations. After liquid helium refilling data taken is soon recovered and the duty cycle is ….

12 hours of typical data

Some Historical papers Long term operation of the Rome 'Explorer' cryogenic gravitational wave detector P. Astone et al. (ROG Collaboration) Phys.Rev.D47:362-375, 1993. Upper limit for a gravitational-wave stochastic background with the EXPLORER and NAUTILUS resonant detectors Phys. Lett. B 385, 421-424 (1996). Upper limit for nuclearite flux from the Rome gravitational wave resonant detectors Phys.Rev.D47:4770-4773, 1993 Increasing the bandwidth of resonant gravitational antennas: The Case of Explorer. Phys.Rev.Lett.91:111101,2003. Cosmic rays observed by the resonant gravitational wave detector NAUTILUS Phys.Rev.Lett.84:14-17, 2000. Search for correlation between GRB's detected by BeppoSAX and the gw detectors EXPLORER and NAUTILUS Phys.Rev.D66:102002, 2002.

SEARCH FOR SHORT GW BURSTS EXPLORER/NAUTILUS 1998 931 hours; CQG 18, 43 (2001) 2001 2156 hours; CQG 19, 5449 (2002) 2003 3677 hours; AMALDI 6, CQG 23, S169 (2006) 2004 5196 hours; AMALDI 7, CQG 25:114048 (2008) IGEC 1997- 2000 IGEC search Phys. Rev. Lett. 85, 5046 (2000) IGEC2 search, Phys.Rev. D76:102001 (2007) 2006-2007 IGEC2 search, Phys.Rev. D82:022003 (2010)

ALLEGRO (LSU) - AURIGA (LNL) – EXPLORER (CERN) – NAUTILUS (LNF) Pubblicato su Phys. Rev. D82 022003, 2010 . Ultimo lavoro con 4 barre. http://arxiv1.library.cornell.edu/abs/1002.3515v1 515 giorni di osservazione dal 16 Novembre 2005 al 14 Aprile 2007. Ricerca di coincidenze triple e quadruple. Nessuna coincidenza trovata su un fondo di 1 evento / secolo sebbene le antenne risonanti abbiano sensibilità inferiore agli interferometri il limite “IGEC” alla presenza di Onde Gravitazionali per segnali impulsivi “grandi” (hrss>10-19 Hz-1/2 ) è un fattore due migliore di quello degli interferometri Copertura completa Analisi effettuata sul 94% del tempo di osservazione

Thermo-acoustic effect and bar as detector of ionizating particle Interaction of a particle with a bar: ionization energy lost is converted in thermal heating and therefore pressure wave γ Grunesein parameter Y = Young module, C= specific heat, α linear thermal expansion coefficient, pois=Poisson module

Real data: the arrival of a cosmic ray shower on NAUTILUS Burst event for a present bar: a millisecond pulse, a signal made by a few millisecond cycles, or a signal sweeping in frequency through the detector resonances. The burst search with bars is therefore sensitive to different kinds of gw sources such as a stellar gravitational collapse, the last stable orbits of an inspiraling NS or BH binary, its merging, and its final ringdown. Real data: the arrival of a cosmic ray shower on NAUTILUS Unfiltered signal (V2) The signal after filtering (kelvin) Correlation with interferometers for gw transient signals, stochastic background, Time of arrival uncertainty ~ 1 ms

In Nautilus T=0.14 K >1 order of magnitude in energy Thermo-acoustic effect and Cosmic ray detection in Nautilus and Explorer “enhancement at T=0.14Kelvin” an “event” in the antenna language --> signal many sigma above noise (~10 mKelvin or more) adding the antenna output for many cosmic ray signals and subtracting the background out of time we have sensitivity for very small signals (~0.01 mKelvin) 0.14 K 445MeV In this plot you see directly the enhancement due to superconductive state. The RAP experiment using a particle beam has confirmed the thermo-acoustic model for T>Tc. For T<Tc RAP has measured an enhancement similar to Nautilus. This is due to superconductive effects 3 K 44.5MeV In Nautilus T=0.14 K >1 order of magnitude in energy

Thermo-acoustic effect: “exotics particles” searches in anti- coincidence with the CR detector we need very high energy release candidates: (nuclearites= stable matter with s quark, qballs ecc..) multiply by 2 if m <0.1 gr and β=10-3 Ph Rev 47 1992 • limits are much higher than the one in other experiments (SLIM 1.4 10-15 MACRO 3 10-16) • for some masses limits less than DM matter limit • but some interest because the detection mechanism is quite simple, no threshold in β “calorimetric measurement” limited by the non-gaussian tail limited by live-time

10 citazioni ROG

BURST SEARCH IGEC2: A 17-month search for gravitational wave bursts in 2005-2007. The IGEC Collaboration Phys. Rev. D82 022003, 2010 First joint Gravitational Waves search by the Auriga-Explorer-Nautilus-Virgo collaboration. By AURIGA-EXPLORER-NAUTILUS-Virgo Collaboration (F. Acernese et al.). Oct 2007. 23pp. Class.Quant.Grav.25:2005007, 2008. e-Print: arXiv:0710.3752 [gr-qc] EXPLORER and NAUTILUS gravitational wave detectors: status report on recent analysis P. Astone et al. 2008. 8pp. Class.Quant.Grav.25:114048, 2008. CONTINUOUS SIGNALS SEARCH All-sky search of NAUTILUS data. P. Astone et al. Sep 2008. 12pp. Class.Quant.Grav.25:184012,2008. e-Print: arXiv:0809.0273 [gr-qc] COSMIC RAYS DETECTION Detection of high energy cosmic rays with the resonant gravitational wave detector NAUTILUS and EXPLORER. P. Astone et al (ROG Collaboration) Astropart. Phys. 30, 200-208, 2010 P. Astone et al. Jun 2008. 21pp. Astropart.Phys.30:200-208,2008. e-Print: arXiv:0806.1335 [hep-ex]

Pubblicazioni di membri ROG degli ultimi anni su tecniche di analisi dati Adaptive multiresolution for wavelet analysis. Riccardo Sturani, Roberto Terenzi Published in J.Phys.Conf.Ser.122:012036,2008. e-Print: arXiv:0711.0349 [gr-qc] Events trigger generator for resonant spherical detectors of gravitational waves. Stefano Foffa, Riccardo Sturani Published in Class.Quant.Grav.25:184036,2008. e-Print: arXiv:0805.0718 [gr-qc] Coherent detection method of gravitational wave bursts for spherical antennas. e-Print: arXiv:0812.4149 [gr-qc] Statistical analysis of the 'Explorer' gw detector noise in time intervals corresponding to BATSE gamma ray events A.V. Gusev, G. Modestino, G.V. Pallottino, S.M. Popov, V.N. Rudenko, A.A. Volodin Published in Grav. Cosmol.12:69-77,20 SN1987A: Revisiting the Data and the Correlation between Neutrino and Gravitational Detectors. P. Galeotti, G.V. Pallottino, G. Pizzella Presented at Vulcano Workshop 2008: Frontier Objects in Astrophysics and Particle Physics, Vulcano, Italy, 26-31 May 2008. e-Print: arXiv:0810.3759 [gr-qc] SN1987A revisited after 20 Years: May the supernova bang more than once? P. Galeotti, G. Pizzella Published in *Venice 2007, Neutrino telescopes* 27-32 Also in *St. Petersburg 2008, Problems of practical cosmology* 42e-Print: arXiv:0706.2235 [gr-qc]

Some perspective: 40 years of attempts at detection: Since the pioneering work of Joseph Weber in the ‘70, the search for Gravitational Waves has never stopped, with an increasing effort of manpower and ingenuity: 70’: Joe Weber pioneering work 90’ : Cryogenic Bars 2005 - : Large Interferometric Detectors 25

We are here AuNa Virgo GEO LIGO LISA E.T. ´06 ´07 ´08 ´09 ´10 ´11 ´12 ´13 ´14 ´15 ´16 ´17 ´18 ´19 ´20 ´21 ´22 Virgo GEO LIGO LISA E.T. Virgo+ Advanced Virgo GEO HF Hanford LIGO+ Advanced LIGO Livingston Launch Transfer data DS PCP Construction Commissioning data AuNa

Considerazioni L’investimento dell’INFN e gli sforzi sperimentali per arrivare al funzionamento regolare e con alto duty cycle delle barre risonanti criogeniche è stato notevole. Circa 20 MEuro impiegati in trent’anni di lavoro di decine di ricercatori e tecnici Sarebbe imperdonabile per l’INFN (e in realtà per tutta la comunità delle onde gravitazionali) trovarsi “scoperti” nel momento in cui avvenisse un evento galattico nel periodo 2011 - 2014. Siamo a un quarto di secolo dall’ultima SN. Approvazione del GWIC: evitare l’assenza di rivelatori gravitazionali all’erta (Stan’s nightmare)

Accordo di collaborazione tra i gruppi Auriga e ROG AuNa Obiettivo dell’accordo è quello di facilitare la ricerca delle onde gravitazionali impulsive negli anni in cui Auriga e Nautilus saranno gli unici rivelatori in presa dati continuativa. A questo fine due gruppi Auriga e ROG si scambieranno e analizzeranno i dati relativi a trigger astrofisici di rilevante interesse (per le Sn > LVD et al.) Supernova (rate ~ 3/100 anni; in 5 anni la probabilità è ~ 1/6, non trascurabile) e possibili sorprese, come una Magnetar vicina. Si intende rispondere unitariamente anche per la ricerca di impulsi brevi da trigger astrofisici con altri gruppi (es. GEO-HF, Clio).

Attività e persone di riferimento AuNa Attività e persone di riferimento Coordinare la presa dati di AU e NA. Scambiare i dati h(t) calibrati con Data Quality per circa una giornata intorno al tempo di trigger. Analizzare i dati con algoritmi diversi, ma concordando le metodologie generali comuni. Coordinamento dei runs (Taffarello - Fafone) Calibrazioni (Zendri - Rocchi) Selezione dei trigger astrofisici (Cerdonio - Coccia) Analisi dei dati e redazione di reports (Prodi, Vedovato - Giordano, Visco)

ATTIVITA’ DEL GRUPPO ROG 2012 NAUTILUS continua la presa dati, coordinandosi con AURIGA nell’ambito di AuNa. • Richiesta ROG 2012: 186 kEuro (Elio ed Azoto per Nautilus, turni, rivelatori di cosmici). Nel 2010 (dopo il taglio dei referees) era 199 kEuro. • EXPLORER: collaborare all’esposizione a EGO

Richieste in corso d’anno 7 kEuro ME a Roma2 (4.5 per Explorer + 2.5 per meeting in India)