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

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本研究の目的は、干渉計の鏡を周期的に自由落下させ、地面振動雑音と懸架の熱雑音を取り除き、1～10Hzの低周波帯において感度を飛躍的に高める、いわゆるジャグリング干渉計型重力波検出器を開発することである。これにより、例えば、ブラックホール連星の合体前後に発生する重力波の低周波帯での精密な観測を行うことにより、強重力場における一般相対性理論の検証も可能となる。今年度は、理論面においては、鏡が無重力状態になっている各セグメントのデータから初期位置と初期速度のランダム性を差し引く、いわゆるdetrendの手法によって、ジャグリング周波数より低い周波数で、重力波信号と雑音の関係がどのように変化するかについての詳細な検討を行った。また、周囲の物体の自然な動きが引き起こす鏡の位置での重力場の揺らぎと、ジャグリング周波数で上下運動する鏡の重力場変化とのコンボルーションの効果についても検討を行った。実験面においては、着座させた鏡の入った真空容器をリニアステージによって上下に振動させ、鏡が実際に無重力状態になることを確認した。ただし、リニアステージの動きの精度が悪いため、鏡の毎回の投げ上げによって鏡の角度が大きく変化し、マイケルソン干渉計としての動作が保持できないことが判明した。そこで、投げ上げ方式でなく頂点からの自然落下方式に切り替えた。これにより、無重力状態での鏡の動きはかなり小さくなり、干渉計のコントラストを維持できる状態までかなり近づけることができた。また、レーザー光の光ファイバーからの出射部は上下運動をする真空容器に固定されているが、そこの部分の振動により、レーザービームの角度揺れが生じることが判明した。また、リニアモーターの上下運動により、真空容器全体の揺らぎも問題となることが分かった。