Low Noise Suspensions and Readout Systems for Improving Advanced LIGO

用于改进先进 LIGO 的低噪声悬架和读出系统

基本信息

  • 批准号:
    1305863
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-08-15 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This is a collaborative research program between Vladimir Braginsky's Moscow State University (MSU) group and the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) Laboratory. It focuses on two types of enhancements under consideration for Advanced LIGO: the use of crystalline silicon for the interferometer mirrors to reduce thermal noise, and quantum measurement techniques that can give sensitivities beyond the current limits due to quantum (shot) noise. Crystalline silicon is known to have excellent mechanical properties and has a minimum in its thermal expansion near 120 K. Operation at this point would minimize thermal noise. However, many aspects are not yet well enough understood for large scale application. Under this grant, we explore techniques for fabricating silicon ribbons for a silicon test mass suspension operating at 120 K, measure dissipation in silicon ribbon suspensions, and to find ways of minimization dissipation and thermal noise in the silicon suspensions. We investigate optical losses and other poorly measured thermal, mechanical and optical properties of pure high-ohmic crystalline silicon and other possible candidate materials for test masses from room to liquid nitrogen temperatures. Finally we analyze sources of noise in crystalline coatings applied to silicon test masses. The other main limitation to the sensitivity of Advanced LIGO will be quantum (shot) noise. We also continue the investigation of new topologies and measurement schemes for laser gravitational wave detectors, relevant to both Enhanced Advanced LIGO and beyond, and allowing us to suppress quantum noise and to relax requirements for the circulating optical power. The results of this work have a number of impacts. The most direct is that the techniques developed can be used to make gravitational wave detectors more sensitive, and thus help derive more information about the astrophysical phenomena that cause gravitational waves. Understanding the unusual conditions that create gravitational waves improves our understanding of violent processes that shape our universe exciting and inspiring students and the public. More broadly, the same techniques which are developed under this research can be used in a number of precision measurement applications in science and engineering. These include reducing noise in precison frequency reference standards to produce more accurate clocks, making quantum cryptography and quantum computing more feasible, improved tests of fundamental assumptions about space and matter, and ... finally, a major goal of this work is to foster closer collaboration on peaceful research between Russian and US scientists. This promotes better understanding between the scientific communities in these two super-powers.
这是弗拉基米尔布拉金斯基的莫斯科州立大学(MSU)小组和激光干涉仪引力波天文台(LIGO)实验室之间的合作研究计划。 它侧重于Advanced LIGO正在考虑的两种类型的增强:使用晶体硅作为干涉仪反射镜以减少热噪声,以及量子测量技术,由于量子(散粒)噪声,可以提供超出电流限制的灵敏度。 已知晶体硅具有优异的机械性能,并且在120 K附近具有最小的热膨胀。 在这一点上的操作将使热噪声最小化。 然而,对于大规模应用,许多方面还没有被充分理解。 根据这项补助金,我们探索技术,用于制造硅测试质量悬浮液在120 K下运行的硅带,测量硅带悬浮液中的耗散,并找到最小化硅悬浮液中的耗散和热噪声的方法。 我们调查光损耗和其他测量不佳的热,机械和光学性能的纯高欧姆晶体硅和其他可能的候选材料的测试群众从室温到液氮温度。 最后,我们分析了硅测试质量的晶体涂层中的噪声源。 另一个限制Advanced LIGO灵敏度的主要因素是量子(散粒)噪声。 我们还继续研究激光引力波探测器的新拓扑结构和测量方案,这些方案与增强型先进LIGO及以后相关,并使我们能够抑制量子噪声并放宽对循环光功率的要求。 这项工作的结果产生了若干影响。 最直接的是,所开发的技术可用于使引力波探测器更加灵敏,从而有助于获得更多关于引起引力波的天体物理现象的信息。 了解产生引力波的不寻常条件,提高了我们对塑造我们宇宙的暴力过程的理解,激动人心,鼓舞人心的学生和公众。 更广泛地说,在本研究中开发的相同技术可以用于科学和工程中的许多精密测量应用。 这些措施包括减少精密频率参考标准中的噪声,以产生更精确的时钟,使量子密码学和量子计算更加可行,改进对空间和物质基本假设的测试,以及改进对量子计算的测试。 最后,这项工作的一个主要目标是促进俄罗斯和美国科学家在和平研究方面更密切的合作。这促进了这两个超级大国科学界之间的更好理解。

项目成果

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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
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