Development of a periodically-free-falling laser interferometric gravitational-wave detector

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18626
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Kawamura Seiji 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (40301725)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: 重力波 / レーザー干渉計 / 周期的無重力 / 一般相対性理論 / ブラックホール / ジャグリング干渉計 / ジグリング干渉計

Outline of Final Research Achievements

The objective of this research is to develop a juggled interferometer-type gravitational wave detector that significantly enhances sensitivity at low frequencies by periodically allowing the mirrors of the interferometer to undergo free fall.
On the theoretical side, the use of a juggled interferometer is expected to lead to significant scientific advancements, such as the detection of gravitational waves from the quasi-normal modes of intermediate-mass black hole binaries.
On the experimental side, we constructed a mirror launching mechanism using a linear stage and confirmed that the mirrors indeed enter a state of free fall. Additionally, we managed to suppress changes in the mirror's angle, bringing us within an order of magnitude of maintaining the interferometer's contrast.

Free Research Field

重力波物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

2015年の重力波の初検出により重力波天文学が創成し、その後も検出が続いている。今後は、重力波天文学をさらに発展させ、最終的には宇宙誕生直後のインフレーションから発生したと予想される原始重力波を検出し、宇宙誕生の謎を解き明かすことが期待されている。そのような状況の中、我々が開発したジャグリング干渉計は、従来の地上重力波検出器の低周波帯における感度を飛躍的に改善する可能性を持つ全く新しい検出方式である。本研究により、期待される感度と科学的成果が明らかになり、最も重要な特性が実験的に確認されたことで、ジャグリング干渉計の実現に向けた着実な一歩を踏み出すことができた。