重力波レーザー干渉計用低温鏡の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10304017
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 黒田 和明 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (00242165)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 明 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 教授 (30113418) ; 新冨 孝和 高エネルギー加速器研究機構, 低温工学センター, 教授 (10016082) ; 大橋 正健 東京大学, 宇宙線研究所, 助教授 (80213833) ; 坪野 公夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (10125271) ; 三尾 典克 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (70209724)
• Keywords: 重力波 / 一般相対論 / 低温鏡 / サファイヤ鏡 / サファイヤファイバ / 熱雑音 / ファブリーペロー干渉計 / 高感度レーザー干渉計

Research Abstract

重力波検出が可能になれば、重力波そのものについて一般相対論から予測される位相速度や偏波成分について検証ができ、重力波源については、コンパクト星のダイナミクス、分布などの統計、絶対距離がわかる。また、重力理論そのものの検証も可能である。このように、物理的にも天文学的にも重力波の検出は画期的な知見をもたらす。このような重力波を直接検出するために、現在、世界で建設されている干渉計はいずれも究極の感度を目指すものであるが、それでもってしても数ケ月に一度という頻度で重力波を受けるにはまだ感度が不足している。このため、本研究では、世界でまだ取り組まれていない、鏡を極低温に冷却する技術により、鏡の熱雑音を抑圧して感度向上を目指す。すなわち、重力波検出のため、熱雑音を低減する低温鏡を現実的なプロトタイプ装置に組み込み、世界で初の低温レーザー干渉計実現の技術を開発することが本研究の目的である。本計画の最終年度として、低温鏡のレーザー干渉計を実際に動作させることに成功した。直交した腕をもつファブリーペローマイケルソン干渉計の一歩手前の6m基線長のファブリーペローレーザー干渉計を低温鏡により実現し、その振動雑音を測定した。鏡は低温に冷却され、鏡の方向制御は室温部で行い、鏡の位置制御は鏡の上段のおもり位置で行った。この振動雑音測定により、冷却伝熱経路からの振動を評価できることとなり、第一段階設計の光学系雑音が主要な雑音となるまで伝達経路からの雑音は小さいことが分かった。周波数100Hzにおいて300m基線長レーザー干渉計TAMAで現在達成されているレベルより1桁高い変位雑音である。次の段階は、直交した腕をもつファブリーペローマイケルソン干渉計を構築してより現実に近い雑音レベルで特性を測定することであるが、それはとりもなおさず、実用的な重力波レーザー干渉計を構築することである。

Research Products

• [Publications] S. Miyoki, et al.: "Cryogenic contamination speed for cryogenic laser interferometric gravitational wave detector"Cryogenics. 41. 415-420 (2001)
• [Publications] T. Tomaru, et al.: "Cryogenic measurement of the optical absorption coefficient in sapphire crystals at 1.064μm for the large-scale cryogenic GW telescope"Physics Letter A. 283. 80-84 (2001)
• [Publications] K. Kuroda et al.: "Japanese Large Interferometer"Classical Quantum Gravity. (In press).
• [Publications] T. Tomaru: "Thermal lensing in cryogenic sapphire substrates"Classical Quantum Gravity. (In press).