レーザー干渉計型重力波検出器における量子雑音の低減

• 研究課題/領域番号: 17J00973
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 榎本 雄太郎 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 重力波検出器 / 量子測定 / レーザー干渉計 / レーザ干渉計 / レーザー / 干渉計

研究実績の概要

本研究の最終目標は、量子輻射圧雑音の低減技術を実際の大型重力波検出器に導入し、重力波に対する感度向上に役立てることである。これは、量子測定の手法を巨視系である大型重力波検出器に適用することで実際の天文学的成果に貢献するという意義のある研究である。2019年度はとくに、大型重力波検出器に適用するという点の研究を重点的に行った。
具体的には、次のようなことを行った。量子輻射圧雑音が感度を制限するような現代の重力波検出器のレーザー干渉計は、複数の光共振器や干渉計が複雑にカップルしているため、カップルした複数の長さ自由度を動作点に制御し続ける必要がある。これらの制御信号は動作点のまわりの極めて狭い領域でしか意味のある信号でないため、全ての自由度がばらばらに動いている状態から全自由度を動作点へ引き込む手法を確立することは、本研究における非自明かつ重要なステップである。本研究において、このステップ、すなわち大型重力波検出器の干渉計の動作点引き込みを確立した。
さらに具体的に述べれば、大型低温重力波望遠鏡KAGRAの動作点引き込みを、新しいグリーンロックの手法で達成・確立し、KAGRAをPRFPMIと呼ばれる干渉計構成で動作させることに成功した。さらに、本研究で確立した動作点引き込みの手法について得られた特性評価から、さらに量子雑音の低減技術が重要となる次世代の重力波検出器における動作点引き込み法を世界に先駆けて議論し、新規な引き込み法を提案した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] An arm length stabilization system for KAGRA and future gravitational-wave detectors (2020)
  • 著者名/発表者名: Akutsu T, et al. (KAGRA Collaboration)
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 37 号: 3 ページ: 035004-035004
  • DOI: 10.1088/1361-6382/ab5c95
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Attonewton-meter torque sensing with a macroscopic optomechanical torsion pendulum (2020)
  • 著者名/発表者名: Komori Kentaro, Enomoto Yutaro, Ooi Ching Pin, Miyazaki Yuki, Matsumoto Nobuyuki, Sudhir Vivishek, Michimura Yuta, Ando Masaki
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 101 号: 1 ページ: 011802-011802
  • DOI: 10.1103/physreva.101.011802
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vibration isolation system with a compact damping system for power recycling mirrors of KAGRA (2019)
  • 著者名/発表者名: KAGRA Collaboration
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 36 号: 9 ページ: 95015-95015
  • DOI: 10.1088/1361-6382/ab0fcb
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design and experimental demonstration of a laser modulation system for future gravitational-wave detectors (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kohei、Kokeyama Keiko、Michimura Yuta、Enomoto Yutaro、Nakano Masayuki、Ge Gui-Guo、Uehara Tomoyuki、Somiya Kentaro、Izumi Kiwamu、Miyakawa Osamu、Yamamoto Takahiro、Yokozawa Takaaki、Fujikawa Yuta、Fujii Nobuyuki、Kajita Takaaki
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 36 号: 20 ページ: 205009-205009
  • DOI: 10.1088/1361-6382/ab4489
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] KAGRA: 2.5 generation interferometric gravitational wave detector (2019)
  • 著者名/発表者名: KAGRA collaboration
  • 雑誌名: Nature Astronomy 巻: 3 号: 1 ページ: 35-40
  • DOI: 10.1038/s41550-018-0658-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct approach for the fluctuation-dissipation theorem under nonequilibrium steady-state conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Hiroki Takeda, Yuta Michimura, Kentaro Somiya, Masaki Ando, Stefan W. Ballmer
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 97 号: 10 ページ: 102001-102001
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.102001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Particle swarm optimization of the sensitivity of a cryogenic gravitational wave detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Michimura, Kentaro Komori, Atsushi Nishizawa, Hiroki Takeda, Koji Nagano, Yutaro Enomoto, Kazuhiro Hayama, Kentaro Somiya, Masaki Ando
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 97 号: 12 ページ: 122003-122003
  • DOI: 10.1103/physrevd.97.122003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct approach for the fluctuation-dissipation theorem under nonequilibrium steady-state conditions (2018)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Komori, Yutaro Enomoto, Hiroki Takeda, Yuta Michimura, Kentaro Somiya, Masaki Ando, and Stefan W. Ballmer
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: －
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mirror actuation design for the interferometer control of the KAGRA gravitational wave telescope (2017)
  • 著者名/発表者名: Michimura Yuta , Shimoda Tomofumi , Miyamoto Takahiro , Shoda Ayaka , Okutomi Koki , Fujii Yoshinori , Tanaka Hiroki , Barton Mark A , Takahashi Ryutaro , Aso Yoichi , et al.
  • 雑誌名: Classical and Quantum Gravity 巻: 34 号: 22 ページ: 225001-225001
  • DOI: 10.1088/1361-6382/aa90e3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Construction of KAGRA: an underground gravitational-wave observatory (2017)
  • 著者名/発表者名: KAGRA Collaboration、ほか
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2018 号: 1 ページ: 1-23
  • DOI: 10.1093/ptep/ptx180
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの主干渉計制御II (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Topics on Commissioning of KAGRA (2019)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Enomoto
  • 学会等名: Gravitational-Wave Advanced Detector Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Interferometer Locking Scheme for Advanced Gravitational-Wave Detectors and Beyond (2019)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Enomoto
  • 学会等名: 24th KAGRA Face-to-Face meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの主干渉計制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第 74 回年次大会
• [学会発表] KAGRA: Status and Near Term Plans (2018)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Enomoto and Kiwamu Izumi for the KAGRA collaboration
  • 学会等名: Gravitational-Wave Advanced Detector Workshop 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MIF status (2018)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Enomoto
  • 学会等名: 20th KAGRA Face-to-Face meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの干渉計の動作点への引き込み法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎
  • 学会等名: 日本物理学会 2018 年秋季大会
• [学会発表] 大型低温重力波望遠鏡KAGRAの初期観測へむけた主干渉計制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎, 道村唯太, 麻生洋一, 宗宮健太郎, 宮川治, 苔山圭以子, 廣瀬 榮一, 井上優貴, 阿久津智忠, 小森健太郎, 有冨尚紀, 下田智文, 長野晃士, 新井宏二, 和泉究, 山本博章
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] Signal Recycling Mirror Reflectivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Enomoto, Y. Michimura, Y. Aso, E. Hirose
  • 学会等名: 18th KAGRA face-to-face meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 干渉計型重力波検出と光学機械相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 榎本雄太郎, 長野晃士, 道村唯太, 安東正樹, 古澤明, 川村静児
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] Expected Sensitivity Growth and Signal Recycling (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Enomoto, K. Komori, Y. Michimura
  • 学会等名: 17th KAGRA face-to-face meeting
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: http://granite.phys.s.u-tokyo.ac.jp/enomoto/html/yenomoto.html