ROG Collaboration 2011 LNF: Giordano Marini Pizzella Ronga ROMA: Astone Bonifazi Pallottino Frasca ROMA “Tor Vergata”:

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1 www.lnf.infn.it/esperimenti/rog

2 ROG Collaboration 2011 LNF: Giordano Marini Pizzella Ronga ROMA: Astone Bonifazi Pallottino Frasca ROMA “Tor Vergata”: Bassan Coccia D’Antonio Fafone Minenkov Modena Moleti Rocchi INAF/IFSI: Bonifazi Terenzi Visco

3 NAUTILUS LNF - FRASCATI EXPLORER CERN - GENEVA Bar Al 5056 M = 2270 kg L = 2.97 m Ø = 0.6 m A = 915 Hz @ T = 3 K Cosmic ray detector Bar Al 5056 M = 2270 kg L = 2.91 m Ø = 0.6 m A =935Hz @ T = 3 K Cosmic ray detector

4 09 10 Total number of bars taking data 2 222243 2 98 Results published on CQG or PRD

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

6 The EXPLORER/NAUTILUS SEARCH FOR SHORT GW BURSTS 1997- 2000 IGEC search Phys. Rev. Lett. 85, 5046 (2000) 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) 2005 IGEC2 search, Phys.Rev. D76:102001 (2007) 2006-2007 IGEC2 search, in progress Phys.Rev. D76:102001 (2010)

7 ALLEGRO (LSU) - AURIGA (LNL) – EXPLORER (CERN) – NAUTILUS (LNF) Analisi effettuata sul 94% del tempo di osservazione lavoro accettato su Phys. Rev. D quest’anno. 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” (h rss >10 -19 Hz -1/2 ) è un fattore due migliore di quello degli interferometri Copertura completa

8 BURST SEARCH 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. Published in Class.Quant.Grav.25:2005007, 2008. e-Print: arXiv:0710.3752 [gr-qc] Results of the IGEC-2 search for gravitational wave bursts during 2005. By IGEC-2 Collaboration (P. Astone et al.). May 2007. 10pp. Published in Phys.Rev.D76:102001, 2007. e-Print: arXiv:0705.0688 [gr-qc] EXPLORER and NAUTILUS gravitational wave detectors: status report on recent analysis P. Astone et al. 2008. 8pp. Published in Class.Quant.Grav.25:114048, 2008. CONTINUOUS SIGNALS SEARCH All-sky search of NAUTILUS data. P. Astone et al. Sep 2008. 12pp. Published in Class.Quant.Grav.25:184012,2008. e-Print: arXiv:0809.0273 [gr-qc] All-sky incoherent search for periodic signals with Explorer 2005 data. P. Astone et al. Aug 2007. 9pp. Published in Class.Quant.Grav.25:114028,2008. e-Print: arXiv:0708.4367 [gr-qc] COSMIC RAYS DETECTION Detection of high energy cosmic rays with the resonant gravitational wave detector NAUTILUS and EXPLORER. P. Astone et al. Jun 2008. 21pp. Published in Astropart.Phys.30:200-208,2008. e-Print: arXiv:0806.1335 [hep-ex] Last two years

9 Pubblicazioni di membri ROG dell’ultimo anno 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. Stefano Foffa, Riccardo Sturani 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]

10 NAUTILUS

11 EXPERIMENTAL CONFIGURATION Capacitive transducer Al 5056 m t = 0.75 kg t = 916 Hz C t = 11 nF E = 5 MV/m Superconducting Low-dissipation Transformer Lo=2.86 H Li=0.8  H K=0.8 dc-SQUID M s = 10 nH  n = 3 ·10 -6  o/  Hz L0L0 LiLi

12 World Record! Peak sensitivity strain displacement

13 NAUTILUS Liquid Helium Refillings Duty Cycle  95 % Days of April 2005

14 GAUSSIANITY EXPLORER NAUTILUS 12 hours of typical data

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16 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  Grunesein parameter Y = Young module, C= specific heat,  linear thermal expansion coefficient, pois=Poisson module Inefficient energy conversion

17 Unfiltered signal (V 2 ) The signal after filtering (kelvin) 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. Time of arrival uncertainty ~ 1 ms Real data: the arrival of a cosmic ray shower on NAUTILUS

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19 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) 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 0.14 K 3 K 445MeV 44.5MeV In Nautilus T=0.14 K >1 order of magnitude in energy

20 ATTIVITA’ ROG EXPLORER e NAUTILUS hanno 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 Explorer è stato spento il 6 Giugno 2010: EXPLORER (CERN)NAUTILUS (LNF) Giorni dell’anno 2008 2009 T eff Medie orarie [K]

21 Thermo-acoustic effect: “exotics particles” searches in anti- coincidence with the CR detector 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” Ph Rev 47 1992 multiply by 2 if m <0.1 gr and β=10 -3 we need very high energy release candidates: (nuclearites= stable matter with s quark, qballs ecc..) limited by live- time limited by the non- gaussian tail

22 10 citazioni ROG

23 Planning 23 ´06´07´08´09´10´11´12´13´14´15´16´17´18´19´20´21´22 Virgo GEO LIGO LISA E.T. Virgo+ LIGO+ Advanced Virgo GEO HF Advanced LIGO DSPCP Construction Commissioning Hanford Livingston Launch Transfer data data We are here

24 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.

25 25 ATTIVITA’ DEL GRUPPO ROG 2011 NAUTILUS continua la presa dati, coordinandosi con AURIGA, fino alla messa in funzione degli Interferometri Advanced in modo da coprire un possibile evento galattico. Supernova (rate ~ 3/100 anni; in 5 anni la probabilità è ~ 1/6, piccola ma non trascurabile) e possibili sorprese (come una Magnetar vicina). Richiesta ROG 2011: 242 kEuro (Elio ed Azoto per Nautilus, turni, rivelatori di cosmici). Nel 2010 era 400 kEuro. Dopo- Referees: 199 kEuro. Explorer? Smontaggio definitivo (possibile destinazione museale) oppure lo prendono i Russi per farlo funzionare di nuovo (da vedere).

26 LNF22163534179 22135433149 RM133612 225 9 RM214629251 10524241 Tot1911198554242 14 9164453199 MiMeCTISTot Richieste 2011 Storni per l’anno in corso: 25 kEuro consumo da LNF a RM2 3 kEuro da Me RM2 a Mi RM2 5 kEuro da Me RM2 a consumo RM2 1 kEuro da Inv RM2 a consumo RM2 Nuova richiesta per l’anno in corso 10 kEuro consumo RM2

27 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 i dati relativi a trigger astrofisici di rilevante interesse per analizzarli insieme e poter dar luogo a delle pubblicazioni originali. Si intende rispondere unitariamente anche per la ricerca di impulsi brevi da trigger astrofisici con altri gruppi (es Virgo, GEO, LCGT, LVD).