F u t u r e I n s t r u m e n t f o r G r a v - - PowerPoint PPT Presentation

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F u t u r e I n s t r u m e n t f o r G r a v i t a t i o n a l Wa v e A s t r o n o m y R o m a i n B o n n a n d L a b o r a t o i r e d A n n e c y d e P h y s


slide-1
SLIDE 1

F u t u r e I n s t r u m e n t f

  • r

G r a v i t a t i

  • n

a l Wa v e A s t r

  • n
  • m

y

R

  • m

a i n B

  • n

n a n d L a b

  • r

a t

  • i

r e d ’ A n n e c y d e P h y s i q u e d e s P a r t i c u l e s , C N R S .

S é m i n a i r e D a u t r e p p e 2 1 8 – G r e n

  • b

l e .

slide-2
SLIDE 2

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 2

I n t r

  • d

u c t i

  • n
  • G

r a v i t a t i

  • n

a l w a v e s a s t r

  • n
  • m

y h a s j u s t s t a r t e d . . .

w e a l r e a d y n e e d t

  • t

h i n k a b

  • u

t t h e f u t u r e

  • f

t h e f i e l d .

  • I

f w e w a n t t

  • c

a t c h m

  • r

e g r a v i t a t i

  • n

a l w a v e s w e n e e d t

  • i

m p r

  • v

e t h e d e t e c t

  • r

s s e n s i t i v i t y :

A c t u a l c a p a c i t y w i l l r e a c h t h e i r p

  • t

e n t i a l l i m i t 3 G d e t e c t

  • r

s . ⇒

F r

  • m

2 G t

  • 3

G d e t e c t

  • r

s .

From Pushing towards the ET sensitivity using ‘conventional’ Technology - Stefan Hild et al. - arXiv:0810.0604v2

slide-3
SLIDE 3

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 3

A b i t

  • f

h i s t

  • r

y

  • E

i n s t e i n T e l e s c

  • p

e D e s i g n s t u d y f u n d e d b y t h e E C i n F P 7 ( 2 8

  • 2

1 1 ) .

E i n s t e i n T e l e s c

  • p

e C

  • n

c e p t u a l D e s i g n S t u d y i s s u e d i n 2 1 1 : h t t p : / / w w w . e t

  • g

w . e u / i n d e x . p h p / e t d s d

  • c

u m e n t

  • I

n v

  • l

v e d F r a n c e , G e r m a n y , I t a l y , N e t h e r l a n d s , U K .

  • E

T c

  • m

m u n i t y n

  • w

i n c l u d e s H u n g a r y , P

  • l

a n d , S p a i n .

  • 9

t h E T s y m p

  • s

i u m h a p p e n e d i n A p r i l 2 1 8 @ E G O :

T h e f

  • c

u s

  • f

t h e m e e t i n g i s t h e c r e a t i

  • n
  • f

t h e E T c

  • l

l a b

  • r

a t i

  • n

, t h e d e f i n i t i

  • n
  • f

t h e s t r a t e g y f

  • r

t h e s u b m i s s i

  • n
  • f

t h e E T p r

  • p
  • s

a l t

  • t

h e 2 2 u p d a t e

  • f

t h e E S F R I r

  • a

d m a p . We w i l l d i s c u s s t h e f u t u r e

  • f

t h e G W a s t r

  • n
  • m

y a n d a s t r

  • p

h y s i c s .

h t t p s : / / e v e n t s . e g

  • g

w . i t / i n d i c

  • /

c

  • n

f e r e n c e D i s p l a y . p y ?

  • v

w = T r u e & c

  • n

f I d = 6 4

  • P

r

  • j

e c t i n c l u d e s i n v a r i

  • u

s r

  • a

d m a p ( G WI C , A P P E C , O E C D , … ) .

  • L

e t t e r

  • f

I n t e n t i s s u e d i n A p r i l 2 1 8 .

h t t p : / / w w w . e t

  • g

w . e u / i n d e x . p h p / l e t t e r

  • f
  • i

n t e n t

slide-4
SLIDE 4

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 4

E i n s t e i n T e l e s c

  • p

e m a i n i d e a s

  • 1

x b e t t e r s e n s i t i v i t y t h e n 2 G d e t e c t

  • r

s .

  • S

t a n d

  • a

l

  • n

e

  • b

s e r v a t

  • r

y :

Wi d e f r e q u e n c y , w i t h s p e c i a l a t t e n t i

  • n

t

  • l
  • w

f r e q u e n c y ( f e w H Z ) .

  • S

t e l l a r m a s s B l a c k H

  • l

e s

C a p a b l e t

  • w
  • r

k a l

  • n

e ( c h a r a c t e r i s t i c s t

  • b

e e v a l u a t e d a g a i n ) :

  • L
  • c

a l i z a t i

  • n

c a p a b i l i t y ( p

  • r

)

  • G

r a v i t a t i

  • n

a l w a v e p

  • l

a r i z a t i

  • n
  • H

i g h d u t y c y c l e : r e d u n d a n c y

5

  • y

e a r s l i f e t i m e

  • f

t h e i n f r a s t r u c t u r e .

  • C

a p a b l e t

  • h
  • s

t t h e u p g r a d e s

  • f

t h e h

  • s

t e d d e t e c t

  • r

s

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SLIDE 5

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 5

F r

  • m

2 G t

  • 3

G d e t e c t

  • r

s :

  • A

d V + :

S h

  • r

t t e r m e v

  • l

u t i

  • n
  • f

A d v a n c e d V i r g

  • .

P u s h i n g t h e a c t u a l s i t e t

  • m

a x i m u m s e n s i t i v i t y .

2 p h a s e s p r

  • p
  • s

a l ( B N S r a n g e 1 6 4 M p c & 3 3 M p c ) .

  • E

i n s t e i n T e l e s c

  • p

e :

N e w s i t e .

F a c t

  • r

1 i m p r

  • v

e m e n t i n s e n s i t i v i t y w r t A d V ( B N S r a n g e 2 1 1 M p c ) .

E T c

  • n

c e p t u a l d e s i g n i s s u e d i n M a y 2 1 1 .

E T w i l l b e a m u c h b r

  • a

d e r c

  • l

l a b

  • r

a t i

  • n

t h a n V i r g

  • .
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SLIDE 6

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 6

Wh a t i s l i m i t i n g t h e 2 G d e t e c t

  • r

s ?

  • L
  • w

f r e q u e n c y s u s p e n s i

  • n

t h e r m a l n

  • i

s e ⇒ ( + g r a v i t y g r a d i e n t & r a d i a t i

  • n

p r e s s u r e ) . = = > n e w s u s p e n s i

  • n

s , c r y

  • g

e n i c d e t e c t

  • r

s .

  • M

e d i u m f r e q u e n c y C

  • a

t i n g t h e r m a l n

  • i

s e . ⇒ = = > n e w c

  • a

t i n g ? M a t e r i a l s ?

  • H

i g h f r e q u e n c y q u a n t u m n

  • i

s e ( s h

  • t

⇒ n

  • i

s e ) . = = > h i g h e r p

  • w

e r , s q u e e z e d l i g h t .

  • 3

G d e t e c t

  • r

s a i m e d a t f a c t

  • r

1 i m p r

  • v

e m e n t a t a l l f r e q u e n c i e s .

slide-7
SLIDE 7

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 7

A n u n d e r g r

  • u

n d x y l

  • p

h

  • n

e d e t e c t

  • r

!

  • I

m p r

  • v

i n g l

  • w

a n d h i g h f r e q u e n c i e s s e n s i t i v i t y i n a s i n g l e d e t e c t

  • r

i s v e r y c h a l l e n g i n g :

H F r e q u i r e s h i g h e r p

  • w

e r .

L F r e q u i r e s c

  • l

d m i r r

  • r

s .

  • B

u i l d i n g 2 s p e c i a l i z e d d e t e c t

  • r

s t

  • c
  • v

e r l

  • w

a n d h i g h f r e q u e n c i e s .

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SLIDE 8

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 8

E T – L

  • w

F r e q u e n c y

  • Q

u a n t u m n

  • i

s e :

1 8 k W ( a r m p

  • w

e r ) , d e t u n e d S i g n a l

  • R

e c y l i n g , 1 d B f r e q u e n c y d e p e n d e n t s q u e e z i n g , 2 1 1 k g m i r r

  • r

s , 1 5 5 n m .

  • S

e i s mi c :

1 7 m S u p e r a t t e n u a t

  • r

.

  • G

r a v i t y g r a d i e n t :

U n d e r g r

  • u

n d .

  • M

i r r

  • r

t h e r ma l :

1 K , S i l i c

  • n

, 9 c m b e a m r a d i u s , T E M .

  • S

u s p e n s i

  • n

T h e r ma l :

P e n u l t i m a t e m a s s @2 K , 3 m m d i a m e t e r s i l i c

  • n

f i b r e s , 2 m l

  • n

g .

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SLIDE 9

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 9

E T – H i g h F r e q u e n c y

  • Q

u a n t u m n

  • i

s e :

3 M W ( a r m p

  • w

e r ) , 2 k g f u s e d s i l i c a m i r r

  • r

s , 6 3 c m Ø . t u n e d S i g n a l

  • R

e c y l i n g , 1 d B S q u e e z i n g ,

  • S

u s p e n s i

  • n

T h e r ma l a n d S e i s mi c :

S u p e r a t t e n u a t

  • r

( s t a n d a r d V i r g

  • )
  • G

r a v i t y g r a d i e n t :

N

  • s

u b t r a c t i

  • n

n e e d e d

  • T

h e r ma l n

  • i

s e :

2 9 K , 1 2 c m b e a m r a d i u s , f u s e d S i l i c a , L G 3 3 .

slide-10
SLIDE 10

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 10

X y l

  • p

h

  • n

e d e t e c t

  • r

s e n s i t i v i t y

slide-11
SLIDE 11

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 11

X y l

  • p

h

  • n

e d e t e c t

  • r

s u m m a r y :

  • E

T – L F :

U n d e r g r

  • u

n d

N e w s e i s m i c s u s p e n s i

  • n

s

C r y

  • g

e n i c s

S i l i c

  • n

( s a p p h i r e ) t e s t m a s s e s

N e w l a s e r w a v e l e n g h t

  • E

T – H F

H i g h p

  • w

e r l a s e r

T h e r m a l c

  • m

p e n s a t i

  • n

s

L a g u e r r e

  • G

a u s s m

  • d

e

  • C
  • m

m

  • n

c h a r a c t e r i s t i c s :

L a r g e t e s t m a s s e s

N e w c

  • a

t i n g s

F r e q u e n c y d e p e n d e n t s q u e e z i n g

L

  • n

g a r m s ( 1 k m v s 3 k m ) .

  • P

u s h i n g d

  • w

n t h e f u n d a m e n t a l s l i m i t s

  • f

t h e I T F s e n s i t i v i t y m e a n s p u s h i n g d

  • w

n t h e t e c h n

  • l
  • g

i c a l n

  • i

s e s :

E l e c t r

  • n

i c s n

  • i

s e .

B e t t e r c

  • n

t r

  • l

s

  • f

s t r a y l i g h t s ( n e w a b s

  • r

b i n g m a t e r i a l s ? ) .

O p t i c a l l

  • s

s e s .

P h a s e n

  • i

s e , m a g n e t i c n

  • i

s e …

P a r a m e t r i c i n s t a b i l i t i e s .

U n k n

  • w

n t e c h n i c a l n

  • i

s e s ?

I m p r

  • v

e d c a l i b r a t i

  • n

.

. . .

slide-12
SLIDE 12

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 12

E T c

  • n

c e p t u a l d e s i g n : l a y

  • u

t

  • S

t a r t w i t h a s i n g l e ( x y l

  • p

h

  • n

e ) d e t e c t

  • r

.

  • 2

d e t e c t

  • r

t

  • r

e s

  • l

v e G W p

  • l

a r i z a t i

  • n

.

  • 3

d e t e c t

  • r

f

  • r

r e d u n d a n c y .

slide-13
SLIDE 13

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 13

Wh a t w

  • u

l d l

  • k

l i k e a n u n d e r g r

  • u

n d i n t e r f e r

  • m

e t e r ?

slide-14
SLIDE 14

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 14

D e s i g n n e e d s t

  • b

e r e

  • e

v a l u a t e d

  • S

i t u a t i

  • n

c h a n g e d c

  • m

p a r e d t

  • 2

1 1 .

N e w f i n d i n g s f r

  • m

R & D .

N e w c

  • n

t e x t ( E T n

  • t

a l

  • n

e , C

  • s

m i c e x p l

  • r

e r ( U S A ) ) .

  • R

e

  • e

v a l u a t i

  • n
  • f

L

  • s

h a p e v s t

r i a n g u l a r s h a p e :

3 G n e t w

  • r

k i n s t e a d

  • f

s t a n d

  • a

l

  • n

e

  • b

s e r v a t

  • r

y .

1 d e t e c t

  • r

v s 3 d e t e c t

  • r

s s a v e m

  • n

e y . ⇒

L

  • s

h a p e r e d u c e s c

  • m

p l e x i t y .

1 5 k m a r m s v s 1 k m .

  • X

y l

  • p

h

  • n

e v s s i n g l e d e t e c t

  • r

?

  • R

e

  • e

v a l u a t i

  • n
  • f

t h e d e s i g n h a s j u s t s t a r t e d .

slide-15
SLIDE 15

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 15

X y l

  • p

h

  • n

e v s s i n g l e d e t e c t

  • r

?

From: ET technologies – S. Hild – ET symposium, April 2018

slide-16
SLIDE 16

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 16

X y l

  • p

h

  • n

e v s s i n g l e d e t e c t

  • r

?

From: ET technologies – S. Hild – ET symposium, April 2018

slide-17
SLIDE 17

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 17

Wh e r e ?

  • 3

s i t e s c a n d i d a t e s :

L i m b u r g r e g i

  • n

.

M á t r a , H u n g a r y .

S a r d i n i a , I t a l y .

slide-18
SLIDE 18

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 18

Wh e r e ?

  • S

e i s m i c m e a s u r e m e n t s :

Virgo 0 m EUregion -10 m Mátra -400 m Sardegna -185 m

 f [Hz] 0.1 1 10

From: G-B-N site – F. Linde – ET symposium, April 2018

slide-19
SLIDE 19

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 19

Wh y ?

  • F

u n d a m e n t a l p h y s i c s & g r a v i t y :

N a t u r e

  • f

G W a s p r e d i c t e d b y E i n s t e i n ’ s t h e

  • r

y ?

P h y s i c s

  • f

g r a v i t a t i

  • n

a l c

  • l

l a p s e ?

E q u a t i

  • n
  • f

s t a t e

  • f

m a t t e r i n n e u t r

  • n

s t a r c

  • r

e ?

M a x i m u m m a s s

  • f

n e u t r

  • n

s t a r ?

. . .

  • A

s t r

  • p

h y s i c s & M u l t i m e s s e n g e r

A s t r

  • n
  • m

y :

H

  • w

d

  • C

B f

  • r

m a n d e v

  • l

v e s ?

P h y s i c a l m e c h a n i s m b e h i n d s u p e r n

  • v

a e & a s y m m e t r y

  • f

g r a v i t a t i

  • n

a l c

  • l

l a p s e ?

N a t u r e

  • f

n e u t r

  • n

s t a r c r u s t & i n t e r a c t i

  • n

w i t h c

  • r

e ?

P

  • p

u l a t i

  • n
  • f

G W s

  • u

r c e s a t h i g h r e d s h i f t s ?

. . .

  • C
  • s

m

  • l
  • g

y :

H

  • w

d i d t h e b l a c k h

  • l

e s f

  • r

m & e v

  • l

v e s ?

Wh a t a r e t h e t r u e d i s t a n c e s

  • f

c

  • s

m

  • l
  • g

i c a l s

  • u

r c e s ?

. . .

slide-20
SLIDE 20

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 20

Wh e n ?

From: Motivations – M. Punturo – ET symposium, April 2018

slide-21
SLIDE 21

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 21

Wh a t e l s e ?

  • L

I S A :

S p a c e

  • b

a s e d e x p e r i m e n t ( E S A & N A S A ) .

M a s s i v e & g a l a c t i c b i n a r i e s , e x t r e m e m a s s r a t i

  • i

n s p i r a l s .

E a r l y 2 3 s .

L I S A p a t h f i n d e r l a u n c h e d w i t h s u c c e s s .

  • P

T A ( P u l s a r T i m i n g A r r a y ) :

S t

  • c

h a s t i c b a c k g r

  • u

n d .

1 m c l a s s r a d i

  • t

e l e s c

  • p

e .

  • C
  • s

m i c E x p l

  • r

e r ( U S A ) :

E a r t h

  • b

a s e d i n t e r f e r

  • m

e t e r , 3 r d g e n e r a t i

  • n

.

M i d 2 3 s .

slide-22
SLIDE 22

05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 22

C

  • s

m i c E x p l

  • r

e r

  • 4

k m l

  • n

g L

  • s

h a p e i n t e r f e r

  • m

e t e r .

  • S

u r f a c e f a c i l i t y .

  • N
  • t
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05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 23

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05-12-2018 Séminaire Dautreppe 2018 24

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From: gwplotter.com

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  • Bibliography :
  • Slides from 9th ET symposium :

https://events.ego-gw.it/indico/conferenceDisplay.py?ovw=True&confId=64

  • Einstein gravitational waves Telescope Conceptual Design Study.

T h a n k s !

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