重力波検出器ＫＡＧＲＡおよび次世代重力波検出器のための量子雑音低減法の開発

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本研究の目的は、重力波検出器KAGRAや次世代重力波検出器の原理的な雑音となると考えられている、レーザー光の量子雑音を低減する手法を開発することである。そのため、本年度は、KAGRAの観測運転に向けた干渉計コミッショニングや、日本の次世代重力波検出器である宇宙重力波検出器DECIGOの干渉計を制御を含んだ形でシミュレートする研究などを行った。以下、これらの研究実施状況について説明する。これまで、KAGRAは装置のインストールを行うフェイズであったが、KAGRAの性能を設計通り発揮させるためには、コミッショニングが必要である。2019年度は、実際にKAGRAのコミッショニングを他のKAGRAコラボレーターと協力して行った。コミッショニングの結果、KAGRAは量子雑音の一種であるショット雑音にせまる感度を達成した（ただし、現在のショット雑音は最終的なものより3桁程度悪い）。そして、2019年2月から、初めての重力波観測運転を開始した。KAGRAは、今後さらに感度向上を進める計画であるが、重力波物理学・天文学に寄与するための技術を開発する準備が整えられたと言える。また、KAGRAの後の日本の重力波検出器計画としてDECIGO計画が進められている。DECIGOの詳細な干渉計制御方式はこれまでほとんど検討されていなかった。そこで、量子雑音に制限されたDECIGOの目標感度を達成し、さらにその低減技術の可能性を探るために、制御方式を含んだ形での検討を初めて行った。結果として、DECIGOのような宇宙重力波検出器が1日以上安定な動作を続けられること、そして、制御による雑音を考慮しても、0.1 Hz付近では量子雑音に制限された感度を達成できることをシミュレーション上で初めて確認した。これは、量子雑音低減技術が将来の宇宙重力波検出器にも寄与することを示す重要な成果であった。