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

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 ~ 10-18 m h ~ 10-21 (NS/NS @15 Mpc)

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

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

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 ~ 10-18 m h ~ 10-21 (NS/NS @15 Mpc)

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

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

LIGO Commissioning May 01 Aug 04 More than 3 years…

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

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

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

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

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

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

Per i prossimi 3 anni si prevede un profilo finanziario stabile VIRGO in CSNII 2005 - INFN MANPOWER Fi-Urb. 7.6 (10) LNF 0.9 (2) Napoli 10.8 (16) Perugia 6.0 (9) Pisa 19.7 (26) Roma1 8.3 (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 (800-1000 kЄ/yr)

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

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

2) Complementare agli Esperimenti Terrestri Advanced resonant

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°

LISA PATH FINDER (Lancio 2008)

CAPACITIVE POSITION SENSOR

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

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. 3.9 (6) Napoli 1.6 (3) Perugia 2.5 (5) Roma2 4.4 (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: 1.400 kЄ distribuito su 3 anni

Rivelatori Risonanti M di alcune tons L di alcuni metri

Bar Network

Estremamente competitivi per la ricerca Sensitivity to short (1 ms) bursts detector sensitivity bandwidth hc Sphere 2m 6 10-24 Hz-1/2 40 Hz 4 10-22 LIGO design sens. 10-22 Hz-1/2 1000 Hz 4 10-21 Estremamente competitivi per la ricerca di short burst 8

Costi ridotti ed apparati più gestibili Sensitivity to short (1 ms) bursts detector sensitivity bandwidth hc Sphere 2m 6 10-24 Hz-1/2 40 Hz 4 10-22 LIGO design sens. 10-22 Hz-1/2 1000 Hz 4 10-21 Costi ridotti ed apparati più gestibili 8

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 run @ 4K

AURIGA 100 Hz 5 x 10-21

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

NOW BEFORE

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

EXPLORER NAUTILUS 2.8·10-19 4.9 ·10-19 Duty Cycle 2004 = 75% 2004-2005 = 85% Duty Cycle 2004 = 90% 2004-2005 = 93%

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

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

Scenario 2006 per i 3 rivelatori Hz

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

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

Dopo IGEC2 è quindi necessario guardare in avanti SFERE DUAL

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 !!!

DUAL: A wideband high frequency detector Mo Dual 16.4 ton height 2.3 m Ø 0.94 m SiC Dual 62.2 ton height 3 m Ø 2.9 m

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 10 x 4 kHz BW Displacement sensitivity 5x10 -20 m 5x10-22 (100x) and wide sensing area 2) Test mass material High cross section Al 5056 Mo, SiC, Sapph. (50 x) 3) Detector design Seismic noise control External passive + Embedded active 200-220 kЄ/yr per 3 anni

RIVELATORI A SFERA 1) Sezioni d’urto grandi 2) Rivelatori Omni-Direzionali 3) Misurano tutti i parametri dell’onda Nautilus @ 150 mK : 6x10^-22 Studio della geometria più efficiente in termine di sensibilità e costi (ROG-Leiden) Indicativamente 1300 - 1500 kЄ su 3-4 anni

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

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) Nautilus @ 150 mK : 6x10^-22

Expected sensitivity of a 2 m diameter spherical detector

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

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

Ampiezza Sperimentale (10-16 m units) 2004 - 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 !

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 !!

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 (450-500 kЄ/yr) 2004: 12.7 su 24 2003: 14.3 su 26

(11-13% del bilancio CSNII) Conclusions Scientific Run nel 2005-06 (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)