2015 Fiscal Year Annual Research Report
重力波検出器KAGRAのためのクラックリング雑音の研究
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26287038
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川村 静児 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (40301725)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 重力波 / クラックリング雑音 / KAGRA |
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| Outline of Annual Research Achievements |
KAGRAで使われる幾何学的反バネユニットの小型版を用いた鏡防振システムのプロトタイプを製作した。反バネユニットはベリリウム鋼で作られ、垂直方向に防振効果が得られるように設置されている。反バネユニットの中心部に取り付けられたキーストーンからは、鏡が鏡面が水平になるように1本のワイヤーで吊るされている。キーストーンには磁石が着けられており、外部に設置されたコイルに電流を流すことによりキーストーンに垂直方向の力を加えることができ、したがって鏡を垂直方向に動かすことが可能である。それを一方のエンド鏡として用いてマイケルソンレーザー干渉計を構成した。なお、ビームスプリッター、もう一方のエンド鏡、折り返し鏡は共通のブレッドボードに固定した。ブレッドボードは4本の引きバネにより吊り下げられ、共振周波数以上で垂直、水平、回転方向に関して防振されている。
このマイケルソン干渉計をミッドフリンジにロックすることに成功した。干渉光を光検出器で検出し、その出力からミッドフリンジのパワーに相当する電圧を差し引き、それを適切なフィルターアンプを通して、コイルにフィードバックすることにより、常にミッドフリンジに留まるように制御した。そして、干渉計の感度を測定し、様々な雑音についての特性評価を行った。その結果、干渉計の雑音はほぼブレッドボードの振動によって制限されることが分かったが、これはビームスプリッターやもう一方のエンド鏡などがブレッドボードに固定されていることから当然の結果である。ショットノイズ、電気雑音、そして全ての光学系が吊り下げられた場合に予測される地面振動の影響など様々な雑音の見積もりを行った。これらの実験によりプロトタイプの改良すべき点の洗い出しを行い今後の実験計画への改善案を提示した。
また、比較のため、防振ユニットを使わない干渉計を使った測定の準備も進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
幾何学的反バネユニットの小型版を用いた鏡防振システムのプロトタイプの製作を行い、それを用いたマイケルソン干渉計の動作に成功し、最終的な装置の設計を固めることができたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、防振システムに対して前年度の実験で得られた情報をもとに種々の改良を施す。特に、吊り下げ位置を鏡ホルダーなどの重心により近づけることにより機械的な共振周波数を低く抑える。また、折り返し鏡も防振システムに組み込む。このシステムを両方の鏡に対して製作する。さらに、ビームスプリッターも防振することにより、ブレッドボードの振動が干渉計の感度を汚さないようにする。また、幾何学的反バネ部分の材料として、ベリリウム鋼でなくKAGRAで用いられるマルエージング鋼を用いる。
これらのセットアップを用いて、プロトタイプ実験と同様に、マイケルソン干渉計を構成し、ミッドフリンジにロックする。そしてノイズハンティングを行い、1kHz付近でレーザーのショットノイズで制限される感度の実現を目指す。次に、2つの防振ユニットに低周波で同相信号を加え、雑音の位相依存性を調べる。これにより、クラックリング雑音のストレスの強度と変化率に対する依存性を計測することが可能となり、クラックリング雑
音のメカニズムの解明に大きな手掛かりをつかむことができる。また、比較のため、防振ユニットを使わない通常の干渉計においても、同様の実験を行い、クラックリング雑音の計測を行う。最後に、高周波変調法などを用いて、雑音低減を試みその効果を調べる。
なお、本研究はカリフォルニア工科大学のAdhikari教授との共同研究であり、双方の研究者の交流により、実験の方針・結果について議論しその方向性を決め、共同研究を進めていく。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では防振ユニットの最終版の発注を平成27年度中に行う予定であったが、若干の遅れが生じ、発注を平成28年度に行うことにしたため、一部の使用予定額が次年度に持ちこされることになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
防振ユニットの最終版の発注を平成28年度の初めに行う予定である。
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